圖片說明：

該圖像顯示：經(jīng)過藥物MLN8237治療的癌細(xì)胞，造成核孔蛋白屏障發(fā)生變形和損耗。同時發(fā)現(xiàn)，核孔內(nèi)徑由86±13nm變化為53±9nm，深度從4±2nm變化為7±1nm。（備注：nm---納米，長度單位，等于1乘10的負(fù)9次方米）

圖片來自：金澤大學(xué)

癌癥致命性的主要原因之一是癌細(xì)胞的高侵襲性，這通常是由侵襲性轉(zhuǎn)移引起的。免疫系統(tǒng)的細(xì)胞分泌的各種生長因子和細(xì)胞因子能幫助腫瘤轉(zhuǎn)移，這些因子通過多種信號通路發(fā)揮作用。值得注意的是，這些信號通路通過核孔復(fù)合體（NPC）進入細(xì)胞核，而核孔復(fù)合體應(yīng)該作為細(xì)胞核的看門人。實際上核孔復(fù)合體是一臺毫微級計算機，由大約30種不同蛋白質(zhì)的多重副本構(gòu)成，統(tǒng)稱為核孔蛋白。

雖然小分子可以自由地通過核孔，但是分子量大于40kDa的分子想要真正進入細(xì)胞核，只有通過結(jié)合到特定的轉(zhuǎn)運蛋白，這些蛋白與FG-Nups互動（核孔蛋白含有重復(fù)的單位------兩種氨基酸，即苯丙氨酸（通常稱為“F”）和甘氨酸（稱為“G”））這些“觸手”蛋白在核孔運輸中有特殊的選擇作用。

盡管人們提出了不同的模型，但是在很大程度上，F(xiàn)G-Nups究竟是如何參與細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)之間的運輸仍是未知。關(guān)于FG-Nups的納米級結(jié)構(gòu)和動力學(xué)的相關(guān)評估在技術(shù)上還是無法實現(xiàn)，這種情況籠罩著整個細(xì)胞生物學(xué)研究。在納米級分辨率對核孔復(fù)合體（NPC）的動態(tài)進行可視化表達，被認(rèn)為是“不可能完成的任務(wù)”。

金澤大學(xué)的研究小組研究這一重要問題并取得了突破性的結(jié)果，他們聯(lián)合使用高分辨率的活細(xì)胞成像、電子顯微鏡以及自行研制的高速原子力顯微鏡（HS-AFM）探討了結(jié)腸癌細(xì)胞的核孔復(fù)合體(NPC)結(jié)構(gòu)中的原生的納米級空間和時間動態(tài)。

首先，他們制作生成表達GFP（綠色熒光蛋白）的核孔復(fù)合體穩(wěn)定細(xì)胞系，并用熒光顯微鏡證實。

接下來，他們分離出高度凈化的核膜，而且用陰性著色劑電子顯微鏡和共焦顯微鏡觀察證實。

然后，結(jié)合高分辨率的活細(xì)胞成像和電子顯微鏡，他們開始觀察結(jié)腸癌細(xì)胞的核孔復(fù)合體(NPC)結(jié)構(gòu)中的原生狀態(tài)，在毫秒和納米尺度上的時空變化。

值得注意的是，他們用高速原子力顯微鏡（HS-AFM）對有生命的核膜核孔進行了觀察。

金澤大學(xué)的研究小組在癌細(xì)胞的核孔復(fù)合體(NPC)動態(tài)成像方面，真正取得了成功，這是首次對核孔組成部分的觀察。MLN8237/alisertib是一種細(xì)胞凋亡和自噬誘導(dǎo)劑，目前有幾種癌癥臨床試驗中都在使用。據(jù)報道，這種藥物能抑制核孔蛋白的表達和活性。研究人員用高速原子力顯微鏡（HS-AFM）比較了原生的和經(jīng)過藥物治療的核孔蛋白（FG-Nups）。特別之處在于，經(jīng)過藥物處理的樣品，核孔蛋白延伸和收縮呈現(xiàn)出的蛛網(wǎng)形狀消失了。研究小組得出的結(jié)論是，通過高速原子力顯微鏡，他們得到了細(xì)胞核核孔屏障的核孔蛋白變形和減少的圖像，這可能是世界上發(fā)現(xiàn)的首例納米死亡代碼。

金澤大學(xué)研究小組當(dāng)下的研究，開啟了納米尺度上對細(xì)胞核膜孔的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)進行可視化的探討。結(jié)果表明，細(xì)胞核膜孔屏障的變形和損耗，將是癌細(xì)胞死亡的標(biāo)志之一。這些發(fā)現(xiàn)為我們理解核運輸提供了一個新的范例，到目前為止，這仍然是整個納米醫(yī)學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域中的一個謎一般的問題。目前的研究結(jié)果是基于金澤大學(xué)開發(fā)的生物成像技術(shù)。

該研究具有巨大的意義：在醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面采用高速原子力顯微鏡（HS-AFM）--作為一個新的“納米內(nèi)窺鏡”，對癌細(xì)胞和其它疾病細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器官（如細(xì)胞核和核孔）的分子動力學(xué)進行可視化探討。

(來源：金澤大學(xué)翻譯：麻省醫(yī)療國際曹靜)