Tyktarmskræft nuklear pore-dynamik fanges af HS-AFM

En af de vigtigste årsager til kræftdødelighed er kræftcellernes meget invasive adfærd, hvilket ofte skyldes aggressive metastaser. Metastase lettes af forskellige vækstfaktorer og cytokiner, der udskilles fra celler i immunsystemet, som fungerer gennem forskellige signalveje. Bemærkelsesværdigt, disse signalveje kommer ind i kernen gennem det nukleare porekompleks (NPC), som formodes at fungere som dørvogter til kernen. NPC er, faktisk, en nanomaskine bestående af flere kopier af omkring 30 forskellige proteiner, samlet kaldet nukleoporin.

Selvom små molekyler er i stand til at gå gennem de nukleare porer ret frit, molekyler større end 40 kDa kunne kun gøre det effektivt ved at binde til specifikke transporterproteiner, der interagerer med FG-Nups (nukleoporiner har gentagne enheder af to aminosyrer phenylalanin (F) og glycin (G), som er de tentakelproteiner, der har specifikke og udvælgende roller i poretransport. Selvom der foreslås forskellige modeller, hvordan FG-Nups deltager i kerne-cytoplasma-transporten forbliver stort set ukendt. Ikke desto mindre, den samtidige vurdering af nanoskopiske strukturer og dynamikker har været teknisk umulige, en situation, der gør sig gældende i hele cellebiologiske forskning. Den direkte visualisering af NPC-dynamik ved opløsning i nanoskala blev anset for at være umulig.

Forskerholdet fra Kanazawa University undersøgte dette vigtige spørgsmål og opnåede de banebrydende resultater ved kombineret højopløsnings levende cellebilleddannelse, elektronmikroskopi, og high-speed AFM (HS-AFM), som er udviklet af dem selv til at undersøge den native nanoskopiske rumlige og tidsmæssige dynamik i NPC-strukturer i tyktarmskræftcellerne.

Først, de genererede NPC stabile cellelinjer, der udtrykte GFP (grønt fluorescerende protein) og bekræftet ved fluorescerende mikroskopi. Næste, de isolerede den højt oprensede nukleare kappe, hvilket blev bekræftet ved brug af negativ farveelektronmikroskopi og konfokalmikroskopi. Derefter, de startede observationen af ​​spatiotemporale ændringer på millisekunder og nanometerskala af NPC-struktur i tyktarmskræftceller ved at kombinere højopløsnings levende cellebilleddannelse og elektronmikroskopi. Især de udførte observation af levende nuklear kappe og nukleare porer ved hjælp af HS-AFM.

Forskerholdet fra Kanazawa University var, Ja, succes med at afbilde dynamikken af ​​NPC-proteiner i kræftceller, som er byggestenene i den nukleare pore (Figur 1). MLN8237/alisertib, en apoptotisk og autofagisk inducer, gennemgår i øjeblikket flere kliniske kræftforsøg. Dette lægemiddel blev rapporteret at hæmme nukleoporinekspression og aktiviteter. Forskerne visualiserede indfødte og lægemiddelbehandlede FG-Nups af HS-AFM. I særdeleshed, de forlængede og tilbagetrukne FG-Nups med et spindelvævsudseende gik tabt i lægemiddelbehandlede prøver (figur 2). Forskerholdet konkluderede, at via HS-AFM, de visualiserede deformationen og tabet af FG-Nups nuklear porebarriere, som måske er den første nano-døende kode opdaget i verden.

Den nuværende undersøgelse af forskerholdet fra Kanazawa University muliggjorde visualisering af struktur og dynamik i kernemembranporen på nanometerskala, og det er vist, at deformation og tab af kernemembranens porebarriere ville være en af ​​de døende koder for cancerceller. Disse resultater står for et nyt paradigme i vores forståelse af nuklear transport, som har, indtil dette punkt, forblev et gådefuldt problem inden for nanomedicin og cellebiologi. Nuværende resultater er baseret på kronen på bio-billeddannelsesteknologien udviklet ved Kanazawa University. Denne undersøgelse har medicinske anvendelser, herunder at fungere som en ny "nano-endoskopi" til at visualisere intracellulære organeller såsom kernen og nukleare porer, og molekylær dynamik i kræftceller og andre sygdomme.