Bardziej nieszczelna, niż sądzili

Błona jądrowa, czyli dwuwarstwowa membrana otaczająca jądro komórkowe, była dotychczas uznawana za szczelną barierę chroniącą DNA przed kontaktem z białkami, które nie powinny znaleźć się w jego otoczeniu. Dopiero teraz okazuje się jednak, że osłabienie kontroli cząsteczek przenikających do strefy zajmowanej przez DNA komórki, do którego dochodzi podczas podziału komórkowego i rozdzielenia zduplikowanego materiału genetycznego do komórek potomnych, trwa znacznie dłużej, niż dotychczas sądzono.

Swoją selektywność w stosunku do białek błona jądrowa zawdzięcza tzw. kompleksowi porów jądrowych (ang. nuclear pore complex - NPC). Jest to grupa białek, która - po rozpoznaniu motywów strukturalnych działających niczym przepustka - umożliwia przenikanie niektórych protein do bezpośredniego otoczenia DNA. Wszelkie inne makrocząsteczki są odrzucane.

NPC spełnia swoje zadanie całkiem dobrze, lecz problem pojawia się podczas podziału komórki. Aby zduplikowane DNA trafiło do komórek potomnych, jądro komórkowe musi bowiem ulec rozpadowi. Kontrola ruchu białek wewnątrz komórki jest wówczas tymczasowo zaburzona, dzięki czemu mogą one rozprzestrzeniać się na zasadzie prostej dyfuzji.

Zgodnie z dostępnymi dotychczas danymi uważano, że NPC staje się aktywny już po 10 minutach od rozpoczęcia się ruchu zreplikowanych chromosomów w kierunku stref, z których powstaną później komórki potomne. Okazuje się jednak, że zdolność białek do infiltracji bezpośredniego sąsiedztwa cząsteczek DNA utrzymuje się znacznie dłużej.

Odkrycia dokonali badacze z niemieckiego ośrodka EMBL, kierowani przez dr. Jana Ellenberga. Do badania przepuszczalności błony jądrowej wykorzystano fluorescencyjne białko Dronpa. Proteina ta jest pozbawiona motywów strukturalnych rozpoznawanych przez NPC, co oznacza, że jedyną drogą jej wnikania do jądra komórkowego jest prosta dyfuzja.

Jak się okazało, nieszczelność bariery chroniącej DNA, objawiająca się poprzez łatwą dyfuzję cząsteczek Dronpa do wnętrza jądra komórkowego, utrzymywała się przez ponad dwie godziny od podziału komórek. Mało tego - jeżeli do otoczenia DNA przenikały cząsteczki tak ogromne, jak białka, najprawdopodobniej mogły to czynić (i to znacznie łatwiej) wielokrotnie mniejsze cząsteczki, także te, które mogłyby potencjalnie wywołać uszkodzenia genomu.

Dokonane odkrycie ułatwi m.in. poszukiwanie nowych dróg dostarczania leków do wnętrza jądra komórkowego. Odpowiednie wykorzystanie nieszczelności otoczki jądrowej pozwoli na skuteczniejszą dystrybucję związków mogących wejść w bezpośredni kontakt z DNA, przez co możliwe będzie skuteczne manipulowanie aktywnością i innymi właściwościami genomu komórki.

jądro komórkowe otoczka jądrowa kariolemma błona jądrowa NPC Dronpa