La predicción de la estructura basada en IA permite el análisis estructural integrador de los poros nucleares humanos

Área de la Ciencia:

• Biología estructural
• Biología celular molecular
• La biofísica

Sus antecedentes:

• El núcleo eucariótico está protegido por la envoltura nuclear, perforada por complejos de poros nucleares (NPC) para el transporte nucleocitoplasmático.
• Las NPC humanas son grandes complejos proteicos (~ 120 MDa) compuestos de nucleoporinas (NUP), categorizados en tipos de andamio y intrínsecamente desordenados.
• La arquitectura NPC es dinámica, respondiendo a la tensión de la envoltura nuclear con cambios conformacionales, lo que plantea desafíos para la determinación estructural de alta resolución.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar la arquitectura del andamio NPC humano en resolución atómica, mejorando la comprensión de su función y dinámica.
• Para superar los desafíos en los modelos estructurales anteriores, incluida la cobertura limitada de NUP humanos, la dificultad para caracterizar los enlaces desordenados y la asociación de membrana de la NPC.

Principales métodos:

• Predicción basada en inteligencia artificial (IA) para generar modelos estructurales de NUP y subcomplejos humanos.
• Tomografía cryoelectrónica (cryo-ET) para obtener mapas de alta resolución de los estados conformacionales de NPC (controlados y dilatados).
• Modelado integrador para adaptar las estructuras NUP predichas por la IA a los mapas cryo-ET, incluidos los NUP de enlace y los NUP asociados a la membrana.
• Simulaciones de dinámica molecular para analizar el comportamiento del andamio de NPC dentro de un entorno de membrana.

Principales resultados:

• Generó un amplio repertorio de modelos estructurales precisos para las NUP humanas, que cubren dominios e interfaces no caracterizados anteriormente.
• Se obtuvieron mapas cryo-ET bien resueltos de NPC humanos en estados constreñidos y dilatados, lo que permite un ajuste detallado de las estructuras NUP.
• Desarrolló un modelo arquitectónico integral, duplicando la cobertura estructural del andamio de NPC y revelando sitios precisos de anclaje para NUP desordenados.
• Las simulaciones mostraron que el andamio NPC evita la constricción excesiva del poro de fusión de la membrana.

Conclusiones:

• Se ha establecido un modelo de resolución atómica de 70 MDa que cubre más del 90% del andamio NPC humano.
• El modelo captura los cambios conformacionales de las NPC e identifica con precisión los sitios de anclaje de las NUP intrínsecamente desordenadas.
• La predicción de la estructura impulsada por la IA acelera significativamente la aclaración de las arquitecturas subcelulares complejas a resolución atómica.