I meccanismi di ingresso selettivo nel nucleo

Il nucleo di una cellula vivente custodisce il codice genetico per la produzione delle proteine che svolgono virtualmente tutte le funzioni. Questo elemento necessita naturalmente di protezione e di isolamento dall’esterno, ma anche di comunicazione con il resto della cellula.

Gli NPC, strutture autoassemblate costituite da proteine chiamate nucleoporine, perforano l’involucro nucleare e facilitano il passaggio selettivo delle molecole. Mentre le piccole molecole si diffondono agevolmente attraverso gli NPC, il movimento di quelle di grandi dimensioni viene regolato in modo rigoroso.

Le nucleoporine specializzate con sequenze ripetute di aminoacidi di fenilalanina (F) e glicina (G) svolgono un ruolo importante nel passaggio selettivo. Le grandi molecole si legano ai recettori del trasporto nucleare (Nuclear transport receptor, NTR), che a loro volta si legano ai domini FG presenti con elevata densità lungo le pareti del canale NPC. Il progetto NUCLEAR PORE (The nuclear pore permeability barrier – Physical concepts and a biosynthetic approach to understand and exploit the unique selectivity of a natural macromolecular sieve), finanziato dall’UE, ha lavorato per approfondire le conoscenze di cui disponiamo sulla struttura sopramolecolare della barriera di permeabilità dei pori nucleari e sul meccanismo di trasporto selettivo che la attraversa.

Il team ha studiato il legame degli NTR con i domini FG tramite tecniche sperimentali avanzate come il microequilibrio dei cristalli di quarzo e l’ellissometria spettroscopica e ha sfruttato le pellicole ultrasottili dei domini FG naturali e artificiali e sistemi modello ben definiti della barriera di permeabilità per valutare gli effetti delle sequenze sull’assieme del dominio FG e sul legame NTR.

I risultati hanno dimostrato un comportamento legante universale non descritto appropriatamente dai normali modelli di legame, fornendo possibili spiegazioni e implicazioni per il trasporto nucleare. Il confronto con la modellazione computazionale eseguita da scienziati che hanno collaborato al progetto indica che questo comportamento dipende da proprietà fisiche generiche dei domini FG come flessibilità e confinamento spaziale, mentre l’eterogeneità strutturale e chimica dettagliata non rappresenta un fattore critico.

I risultati del progetto NUCLEAR PORE hanno fatto nuova luce sui meccanismi di passaggio selettivo del trasporto nucleare e hanno permesso di testare vari aspetti di modelli proposti recentemente. Considerato che il legame virale con i domini FG è uno dei modi che permettono il superamento della barriera nucleare, le maggiori informazioni raccolte su questi aspetti meccanicistici potrebbero trovare applicazione diretta nelle terapie mirate per alcune infezioni virali.