高速原子力显微镜捕获结肠癌核孔动态

图片说明：

该图像显示：经过药物MLN8237治疗的癌细胞，造成核孔蛋白屏障发生变形和损耗。同时发现，核孔内径由86±13nm变化为53±9nm，深度从4±2nm变化为7±1nm。（备注：nm---纳米，长度单位，等于1乘10的负9次方米）

图片来自：金泽大学

癌症致命性的主要原因之一是癌细胞的高侵袭性，这通常是由侵袭性转移引起的。免疫系统的细胞分泌的各种生长因子和细胞因子能帮助肿瘤转移，这些因子通过多种信号通路发挥作用。值得注意的是，这些信号通路通过核孔复合体（NPC）进入细胞核，而核孔复合体应该作为细胞核的看门人。实际上核孔复合体是一台毫微级计算机，由大约30种不同蛋白质的多重副本构成，统称为核孔蛋白。

虽然小分子可以自由地通过核孔，但是分子量大于40kDa的分子想要真正进入细胞核，只有通过结合到特定的转运蛋白，这些蛋白与FG-Nups互动（核孔蛋白含有重复的单位------两种氨基酸，即苯丙氨酸（通常称为“F”）和甘氨酸（称为“G”））这些“触手”蛋白在核孔运输中有特殊的选择作用。

尽管人们提出了不同的模型，但是在很大程度上，FG-Nups究竟是如何参与细胞核细胞质之间的运输仍是未知。关于FG-Nups的纳米级结构和动力学的相关评估在技术上还是无法实现，这种情况笼罩着整个细胞生物学研究。在纳米级分辨率对核孔复合体（NPC）的动态进行可视化表达，被认为是“不可能完成的任务”。

金泽大学的研究小组研究这一重要问题并取得了突破性的结果，他们联合使用高分辨率的活细胞成像、电子显微镜以及自行研制的高速原子力显微镜（HS-AFM）探讨了结肠癌细胞的核孔复合体(NPC)结构中的原生的纳米级空间和时间动态。

首先，他们制作生成表达GFP（绿色荧光蛋白）的核孔复合体稳定细胞系，并用荧光显微镜证实。

接下来，他们分离出高度净化的核膜，而且用阴性着色剂电子显微镜和共焦显微镜观察证实。

然后，结合高分辨率的活细胞成像和电子显微镜，他们开始观察结肠癌细胞的核孔复合体(NPC)结构中的原生状态，在毫秒和纳米尺度上的时空变化。

值得注意的是，他们用高速原子力显微镜（HS-AFM）对有生命的核膜核孔进行了观察。

金泽大学的研究小组在癌细胞的核孔复合体(NPC)动态成像方面，真正取得了成功，这是首次对核孔组成部分的观察。MLN8237/alisertib是一种细胞凋亡和自噬诱导剂，目前有几种癌症临床试验中都在使用。据报道，这种药物能抑制核孔蛋白的表达和活性。研究人员用高速原子力显微镜（HS-AFM）比较了原生的和经过药物治疗的核孔蛋白（FG-Nups）。特别之处在于，经过药物处理的样品，核孔蛋白延伸和收缩呈现出的蛛网形状消失了。研究小组得出的结论是，通过高速原子力显微镜，他们得到了细胞核核孔屏障的核孔蛋白变形和减少的图像，这可能是世界上发现的首例纳米死亡代码。

金泽大学研究小组当下的研究，开启了纳米尺度上对细胞核膜孔的结构和动力学进行可视化的探讨。结果表明，细胞核膜孔屏障的变形和损耗，将是癌细胞死亡的标志之一。这些发现为我们理解核运输提供了一个新的范例，到目前为止，这仍然是整个纳米医学和细胞生物学领域中的一个谜一般的问题。目前的研究结果是基于金泽大学开发的生物成像技术。

该研究具有巨大的意义：在医学应用方面采用高速原子力显微镜（HS-AFM）--作为一个新的“纳米内窥镜”，对癌细胞和其它疾病细胞内的细胞器官（如细胞核和核孔）的分子动力学进行可视化探讨。

(来源：金泽大学翻译：麻省医疗国际曹静)