بررسي ساز و كار انتقال انتخابي از ميان كمپلكس منفذ هسته سلول با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي

Investigating the Mechanism of Selective Transport through the Pore Complex of the Cell Nucleus Using Molecular Dynamics Simulation

كمپلكس‌هاي منفذ هسته (NPCs) ‌گذرگاه‌هاي دوطرفه انتخابي بين هسته و سيتوپلاسم هستند. درحاليكه مولكول‌هاي كوچك مي‌توانند آزادانه از ميان NPCها انتشار ‌يابند، مولكول‌هاي بزرگ تنها به واسطه اتصال به گيرنده‌هاي انتقالي، مي‌توانند از خلال آنها عبور كنند. كانال مركزي NPC با پروتئين‌هاي نامنظم غني از تكرارهاي فنيل آلانين-گلايسين (FG) پوشيده شده است كه به عنوان ناپِ FG شناخته مي‌شوند و ادعا مي‌شود اين پروتئين‌ها مسئول عملكرد انتخابي NPC ها هستند. در اين مقاله رفتار انفرادي و دسته‌جمعي Nsp1، به عنوان نماينده‌اي از ناپ‌هايِ FG، با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي درشت‌دانه مطالعه شده است. در مدل درشت‌دانه ما، قدرت آبگريزي متفاوت آمينواسيدها به خوبي لحاظ شده است. نتايج شبيه‌سازي‌هاي ما نشان مي‌دهد ناپ‌هايِ FG انفرادي، در حالت تعادل ساختارهاي گلبولي دارند در حاليكه آرايه‌اي از ناپ‌هايِ FG متصل شده به يك سطح، ساختارهايي كشيده و برس‌مانند تشكيل مي‌دهند. همچنين گيرنده‌ انتقالي NTF2 علاوه بر نفوذ به درون ساختار برسي منجر به فروريختگي آن نيز مي‌شود. اين مشاهدات نشان‌ مي‌دهند مدل دروازه مجازي مي‌تواند مدل پيشنهادي مناسبي براي سازوكار انتقال انتخابي از ميان NPC ها باشد.

Nuclear pore complexes (NPCs) are selectively gated pathways between nucleoplasm and cytoplasm. Whereas small molecules can diffuse freely through NPCs, large molecules can pass only when bound to transport receptors. The NPC central channel is filled with disordered proteins, rich in phenylalanine-glycine (FG) repeats, called FGnups which are claimed to be responsible for selective function of NPCs. In this paper, the individual and collective behavior of Nsp1, as a representative of FG nups, has been studied using coarse-grained molecular dynamics simulations. In our coarse-grained model, detailed hydrophobic properties of amino acids are considered. Our simulation results show that individual FG-nups form globular structures, whereas arrays of FGnups tethered to a planar surface, form extended and brush-like structures. Moreover, NTF2 (Nuclear Transport Factor 2), as a transport receptor is observed to penetrate inside brush and also leads to its collapse. These observations indicate that virtual-gate model could be a suitable model for describing selective transport through NPCs.