나노기술 및 정책 정보

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핵은 세포의 본부이며 분자는 기공을 통해 핵막을 가로질러 끊임없이 이동함. 이 분자들의 수송은 선택적이고 빠름. 초당 약 1,000개의 분자가 안팎으로 이동할 수 있음.

네덜란드 흐로닝언(Groningen) 대학과 델프트(Delft) 공대, 그리고 스웨덴 샬머스(Chalmers) 공대의 연구진은 단순한 설계 규칙을 사용하여 이러한 기공의 인공 모델을 개발하여 이러한 공적이 어떻게 수행되는지 연구함.

핵 구멍은 매우 복잡한 구조로, 기공 자체는 큰 단백질 복합체이며 기공의 입구는 뉴 클레오 포린이라고 하는 무질서한 단백질의 조밀한 네트워크로 가득 차 있음. 이 단백질은 선택적 수송을 조절하지만 정확히 어떻게 하는지는 아직 명확하지 않음.

연구진은 우선 뉴 클레오 포린의 구성을 분석하여 단순화된 '평균' 버전을 설계했으며, 이를 뉴 클레오 포린 X 또는 줄여서 NupX라고 함. 이들 단백질은 페닐알라닌(F)과 글리신(G) 아미노산을 나란히 포함하는 도메인으로 구성되며, 이들은 수송에 필수적인 역할을 함. 이러한 FG 반복은 다른 아미노산의 '스페이서'로 구분됨. FG 반복 외에도 일부 뉴 클레오 포린은 글리신, 류신, 페닐알라닌 및 글리신 또는 GLFG 반복의 도메인을 포함함. 연구진은 10개 아미노산의 스페이서로 분리된 두 도메인을 모두 포함하는 단백질을 설계함.

NupX는 두 가지 다른 시스템에서 테스트되었음. 실험적으로 연구되고 표면에 부착되어 실리콘 질화물의 '막'에 '드릴링'된 인공 나노포어에 추가되었으며 분자 역학 시뮬레이션을 통해 이루어짐.

뉴 클레오 포린은 비특이적 단백질 및 구멍을 통해 수송 티켓 역할을 하는 단백질인 샤페론과의 상호 작용에 대해 테스트되었음. 세포에서 핵 안팎으로 운반되어야 하는 큰 분자는 샤페론과 같은 단백질에 부착될 때만 그렇게 할 수 있음.

인공 뉴 클레오 포린은 샤페론과 선택적으로 상호 작용했지만 비특이적 단백질과는 상호 작용하지 않았으며, 이는 NupX 기공이 완전히 기능적이며 선택적 수송을 촉진할 수 있음을 보여줌.

시뮬레이션은 또한 FG와 GLFG 뉴 클레오 포린이 기공 내부에 어떻게 분포되어 있는지를 보여줌.

연구의 최종 결론은 제한된 변이를 가진 뉴 클레오 포린의 매우 간단한 시스템이 여전히 선택적 기공을 생성한다는 것임.

매우 단순한 인공 시스템이 이미 선택적 수송 메커니즘을 재현한다는 사실은 과학자들이 이제 핵 기공 기능을 조절하는 물리적 원리를 연구할 수 있는 훌륭한 도구를 가지고 있음을 의미하며, '이는 새로운 근본적인 통찰력뿐만 아니라 여과 시스템 생성 또는 인공 세포 설계와 같은 새로운 응용 프로그램으로 이어질 수 있음.

본 연구 성과는 Nature Communications ("A designer FG-Nup that reconstitutes the selective transport barrier of the nuclear pore complex")에 게재됨