Учени разшифроваха дългогодишна мистерия в биологията

Международен екип от учени направи ключово откритие, което хвърля нова светлина върху начина, по който клетките регулират движението на молекули в и извън своите ядра. Изследването, публикувано в последния брой на престижното списание Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), може да се окаже решаващо за разработването на бъдещи терапии срещу заболявания като рак, болест на Алцхаймер и амиотрофична латерална склероза (АЛС/ALS).

Откритието е резултат от съвместна работа между изследователи от Еврейския университет в Йерусалим, Калифорнийския университет в Лос Анджелис (UCLA), Университета „Рокфелер“ и Медицинския колеж „Алберт Айнщайн“ в Ню Йорк. Учените успяват да обяснят механизма, чрез който клетките поддържат изключителен контрол върху обмена на вещества между ядрото и цитоплазмата — процес, който до този момент оставаше една от големите загадки на клетъчната биология.

Фокусът на изследването е върху ядрената пора (nuclear pore complex, NPC) — миниатюрна, но изключително сложна структура, която действа като своеобразна „врата“ между ядрото на клетката и заобикалящата го цитоплазма. Тези пори, с диаметър около 100 нанометра, са едни от най-големите молекулни комплекси в клетката и регулират преминаването на милиони молекули всяка минута.

В продължение на десетилетия биолозите не успяваха да обяснят как NPC успява да съчетае висока скорост и абсолютна селективност при пропускането на вещества — допускайки само правилните молекули, докато блокира потенциално вредни или ненужни.

С помощта на високоточни компютърни симулации и усъвършенствани биофизични модели, екипът установява, че ключова роля в процеса играят транспортни рецептори — специални протеини, които „съпровождат“ големите молекули през порите. Тези рецептори изграждат динамична, но стабилна пътека, която позволява на необходимите вещества да преминават бързо, без да се смущава структурната цялост на NPC.

Моделът, разработен от учените, също така показва защо системата остава функционална дори при частични повреди — способност, която осигурява устойчивостта на клетките при стресови условия.

„Това е първият път, когато можем да опишем с такава точност физикохимичната логика зад селективния транспорт в ядрото,“ коментира професор Сайед Хемада от Еврейския университет в Йерусалим, един от водещите автори на изследването. „Този механизъм е фундаментален за живота, защото контролира достъпа до генетичния материал и регулира експресията на гените.“

Откритието има сериозни потенциални приложения. Дефекти в ядрените пори и транспортните рецептори вече се свързват с редица заболявания — включително невродегенеративни разстройства, рак и вирусни инфекции, при които патогените използват NPC, за да навлязат в клетката.

Според учените, разбирането на този процес може да доведе до нови методи за целево доставяне на лекарства, биосензори за диагностика и терапии, които регулират междуклетъчния транспорт. Изследователите планират да продължат работата си чрез експерименти с живи клетки и нанотехнологични модели, които да потвърдят теоретичните им резултати.

„Това е пробив, който не само отговаря на въпрос, стоящ от десетилетия, но и отваря врати за нов тип медицински технологии,“ добавя проф. Мария Кастело от UCLA. „Разбираме по-добре как клетката решава какво влиза и излиза от нейното ядро — а това е основата на живота.“