核膜孔複合体が分子の通過を制御する仕組みを解明(New study reveals how tiny but powerful gatekeepers guard the nucleus)

ad

2025-10-21 ロックフェラー大学

ロックフェラー大学とヘブライ大学の国際研究チームは、細胞核と細胞質をつなぐ「核膜孔複合体(NPC)」の分子輸送メカニズムを、実験データと計算モデルを統合して解明した。NPCは直径髪の毛の500分の1ほどの微小構造ながら、毎分数百万分子を選択的に通過させる“ゲートキーパー”として機能する。研究は、NPC内部に存在する「FGリピート」と呼ばれる柔軟なタンパク質鎖群が、動的に開閉することで小分子を通し、大型分子は輸送受容体と結合した場合のみ通過を許可する仕組みを明らかにした。これにより、リボソームやウイルス粒子の高速輸送も説明可能となった。モデルは複数の実験データと一致し、がんやアルツハイマー、ALSなど輸送異常に関連する疾患理解にも寄与する。さらに、この成果は人工ナノポア設計やドラッグデリバリーへの応用など、バイオテクノロジーの新展開を拓く可能性を持つ。研究成果はPNAS誌に掲載。

<関連情報>

統合マッピングにより核質輸送のメカニズムの基礎となる分子的特徴が明らかに Integrative mapping reveals molecular features underlying the mechanism of nucleocytoplasmic transport

Barak Raveh, Roi Eliasian, Shaked Rashkovits, +8 , and Andrej Sali
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:October 16, 2025
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2507559122

Significance

We construct an integrative experimental and computational map of macromolecular transport through the nuclear pore complex (NPC), at the level of both a single complex and the whole cell. Our approach minimizes prior assumptions about transport by exploring the space of possible models consistent with varied experimental data. The resulting spatiotemporal model reveals and quantifies molecular design features of transport, thus providing a basis for rational modulation of the NPC and its artificial mimics.

Abstract

Nuclear pore complexes (NPCs) enable rapid, selective, and robust nucleocytoplasmic transport. To explain how transport emerges from the system components and their interactions, we used experimental data and theoretical information to construct an integrative Brownian dynamics model of transport through an NPC, coupled to a kinetic model of transport in the cell. The model recapitulates key aspects of transport for a wide range of molecular cargoes, including preribosomes and viral capsids. Our model quantifies how flexible phenylalanine-glycine (FG) repeat proteins create an entropic barrier to passive diffusion and how this barrier is selectively lowered in facilitated diffusion by the many transient interactions of nuclear transport receptors with the FG repeats. Selective transport is enhanced by “fuzzy” multivalent interactions, redundant FG repeat mass, coupling to the energy-dependent RanGTP concentration gradient, and exponential dependence of transport kinetics on the transport barrier. Our model will facilitate rational modulation of the NPC and its artificial mimics.

生物化学工学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました