2022年1月11日，中国科学院生物理研究所生物大分子国家重点实验室孙飞研究小组与北京大学张传茂研究小组在爪蟾核孔复合体外环结构研究方面取得最新成果。相关研究成果为8 ? structure of the outer rings of the Xenopus laevis nuclear pore complex obtained by cryo-EM and AI在线发布为题Protein & Cell上。该研究获得了分辨率为8埃及近同性核孔复合体外周环的冷冻电镜密度图，并在此基础上构建了完整的Y复合体结构模型，在不对称不对称单位中发现了5个Nup358、2个Nup214复合体、2个Nup205和1个Nup93；在核质环的不对称单位中发现了一个ELYS、1个Nup205和1个Nup93.解释了这些亚基的空间位置和相互作用，完全分析了核孔复合体外周环的结构模型，为全面揭示核孔复合体的结构和功能奠定了基础。
细胞核是真核生物细胞中最大的细胞器，在细胞核膜上坐落有沟通细胞核质和胞质物质和能量运输的孔道，称核孔复合体。
细胞核是真核生物细胞中最大的细胞器。细胞核膜上有通信细胞核、细胞物质和能量运输的孔，称为核孔复合体。从细胞侧到核侧，核孔复合体可分为细胞纤维、细胞环、内环、腔内环、核环和核篮。核孔复合体整体呈现为核孔中心孔周围的准八对称空心圆柱形结构，由大约30种不同尺寸的蛋白质亚基组成，分子量超过100兆道尔顿。分析核孔复合体的高分辨率结构对了解其组装机制和真核生物的起源具有重要意义。然而，由于其巨大的分子质量和适应生理功能的高动态性，核孔复合体缺乏可靠的高分辨率原子结构模型，限制了对其结构和生理功能的深入研究。
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根据核孔复合体的样品特点，研究团队进一步发展了冷冻镜单颗粒分析技术，收集了不同倾斜角度下爪蟾卵母细胞核膜的图像数据，选择了包含各种方向的核孔复合体进行三维重构计算。最终的数据处理结果表明，这种数据收集和处理方法可以达到较高的分辨率，大多数蛋白质亚基可以达到二级结构的分辨率水平。对于核孔复合体外环(即胞质环和核质环)的不同区域，整体分辨率约为8埃。
在此基础上，借助目前最准确的蛋白质三维结构预测软件AlphaFold2.研究预测了爪蟾核孔复合体所有核孔蛋白的全长三维结构，并根据优质三维重构结果对核孔复合体外环的密度图进行了模型构建和结构修正，获得了目前最完整的结构NPC外环结构模型。这种结构不仅补充了核孔复合体外环结构骨架——Y复合体缺失的部分结构（图1），在外环上识别出一系列具有重要功能的核孔蛋白亚基，阐明了这些未知成分的精细结构和组装形式。研究鉴定了细胞环上的每个不对称单元Nup发现了两种三五元蛋白复合物Nup214复合体形成信使核糖核蛋白出核平台，一个Nup93蛋白发挥桥接作用，连接两个Y复合体的茎区域和两个Y复合体Nup205蛋白分别发挥稳定胞质环结构的功能。在核质环的每个不对称单元上，研究确定了一个Nup205发挥稳定核环结构的作用，一个ELYS蛋白质起始有丝分裂后核孔复合组装的作用，一个Nup93发挥连接核环Y复合体茎区的桥接作用。这些结构信息可以为核孔复合体未来的组装研究提供重要的参考。
研究得到了中国科学院战略先导科技、国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。北京大学生命科学学院电镜中心完成了样品筛选，生物物理研究所生物成像中心完成了数据收集。
爪蟾核孔复合体外环的精细结构研究揭示了许多蛋白质亚基的组成和相互作用模式
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