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タイトルStructure of the cytoplasmic ring of the nuclear pore complex.
ジャーナル・号・ページScience, Vol. 376, Issue 6598, Page eabl8280, Year 2022
掲載日2022年6月10日
著者Xuechen Zhu / Gaoxingyu Huang / Chao Zeng / Xiechao Zhan / Ke Liang / Qikui Xu / Yanyu Zhao / Pan Wang / Qifan Wang / Qiang Zhou / Qinghua Tao / Minhao Liu / Jianlin Lei / Chuangye Yan / Yigong Shi /
PubMed 要旨INTRODUCTION The nuclear pore complex (NPC) resides on the nuclear envelope (NE) and mediates nucleocytoplasmic cargo transport. As one of the largest cellular machineries, a vertebrate NPC consists ...INTRODUCTION The nuclear pore complex (NPC) resides on the nuclear envelope (NE) and mediates nucleocytoplasmic cargo transport. As one of the largest cellular machineries, a vertebrate NPC consists of cytoplasmic filaments, a cytoplasmic ring (CR), an inner ring, a nuclear ring, a nuclear basket, and a luminal ring. Each NPC has eight repeating subunits. Structure determination of NPC is a prerequisite for understanding its functional mechanism. In the past two decades, integrative modeling, which combines x-ray structures of individual nucleoporins and subcomplexes with cryo-electron tomography reconstructions, has played a crucial role in advancing our knowledge about the NPC. The CR has been a major focus of structural investigation. The CR subunit of human NPC was reconstructed by cryo-electron tomography through subtomogram averaging to an overall resolution of ~20 Å, with local resolution up to ~15 Å. Each CR subunit comprises two Y-shaped multicomponent complexes known as the inner and outer Y complexes. Eight inner and eight outer Y complexes assemble in a head-to-tail fashion to form the proximal and distal rings, respectively, constituting the CR scaffold. To achieve higher resolution of the CR, we used single-particle cryo-electron microscopy (cryo-EM) to image the intact NPC from the NE of oocytes. Reconstructions of the core region and the Nup358 region of the CR subunit had been achieved at average resolutions of 5 to 8 Å, allowing identification of secondary structural elements. RATIONALE Packing interactions among the components of the CR subunit were poorly defined by all previous EM maps. Additional components of the CR subunit are strongly suggested by the EM maps of 5- to 8-Å resolution but remain to be identified. Addressing these issues requires improved resolution of the cryo-EM reconstruction. Therefore, we may need to enhance sample preparation, optimize image acquisition, and develop an effective data-processing strategy. RESULTS To reduce conformational heterogeneity of the sample, we spread the opened NE onto the grids with minimal force and used the chemical cross-linker glutaraldehyde to stabilize the NPC. To alleviate orientation bias of the NPC, we tilted sample grids and imaged the sample with higher electron dose at higher angles. We improved the image-processing protocol. With these efforts, the average resolutions for the core and the Nup358 regions have been improved to 3.7 and 4.7 Å, respectively. The highest local resolution of the core region reaches 3.3 Å. In addition, a cryo-EM structure of the N-terminal α-helical domain of Nup358 has been resolved at 3.0-Å resolution. These EM maps allow the identification of five copies of Nup358, two copies of Nup93, two copies of Nup205, and two copies of Y complexes in each CR subunit. Relying on the EM maps and facilitated by AlphaFold prediction, we have generated a final model for the CR of the NPC. Our model of the CR subunit includes 19,037 amino acids in 30 nucleoporins. A previously unknown C-terminal fragment of Nup160 was found to constitute a key part of the vertex, in which the short arm, long arm, and stem of the Y complex meet. The Nup160 C-terminal fragment directly binds the β-propeller proteins Seh1 and Sec13. Two Nup205 molecules, which do not contact each other, bind the inner and outer Y complexes through distinct interfaces. Conformational elasticity of the two Nup205 molecules may underlie their versatility in binding to different nucleoporins in the proximal and distal CR rings. Two Nup93 molecules, each comprising an N-terminal extended helix and an ACE1 domain, bridge the Y complexes and Nup205. Nup93 and Nup205 together play a critical role in mediating the contacts between neighboring CR subunits. Five Nup358 molecules, each in the shape of a shrimp tail and named "the clamp," hold the stems of both Y complexes. The innate conformational elasticity allows each Nup358 clamp to adapt to a distinct local environment for optimal interactions with neighboring nucleoporins. In each CR subunit, the α-helical nucleoporins appear to provide the conformational elasticity; the 12 β-propellers may strengthen the scaffold. CONCLUSION Our EM map-based model of the CR subunit substantially expands the molecular mass over the reported composite models of vertebrate CR subunit. In addition to the Y complexes, five Nup358, two Nup205, and two Nup93 molecules constitute the key components of the CR. The improved EM maps reveal insights into the interfaces among the nucleoporins of the CR. [Figure: see text].
リンクScience / PubMed:35679404
手法EM (単粒子)
解像度3.0 - 4.9 Å
構造データ

EMDB-31600: The cryo-EM map of the core region from the X. laevis NPC CR subunit
PDB-7fik: The cryo-EM structure of the CR subunit from X. laevis NPC
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.7 Å

EMDB-31601: The cryo-EM map of the Nup358 region from the X. laevis NPC CR subunit
手法: EM (単粒子) / 解像度: 4.9 Å

EMDB-31602, PDB-7fil:
The cryo-EM structure of the NTD2 from the X. laevis Nup358
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

由来
  • xenopus laevis (アフリカツメガエル)
キーワードSTRUCTURAL PROTEIN / CR / NPC / nucleoporin / Nup358 / Nup93 / Y complex / Nup93 STRUCTURAL PROTEIN

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お知らせ

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2022年2月9日: EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

  • EMDBのヘッダファイルのバージョン3が、公式のフォーマットとなりました。
  • これまでは公式だったバージョン1.9は、アーカイブから削除されます。

関連情報:EMDBヘッダ

外部リンク:wwPDBはEMDBデータモデルのバージョン3へ移行します

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2020年8月12日: 新型コロナ情報

新型コロナ情報

URL: https://pdbjlvh1.pdbj.org/emnavi/covid19.php

新ページ: EM Navigatorに新型コロナウイルスの特設ページを開設しました。

関連情報:Covid-19情報 / 2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

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2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

新型コロナウイルスの構造データ

関連情報:万見生物種 / 2020年8月12日: 新型コロナ情報

外部リンク:COVID-19特集ページ - PDBj / 今月の分子2020年2月:コロナウイルスプロテーアーゼ

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2019年1月31日: EMDBのIDの桁数の変更

EMDBのIDの桁数の変更

  • EMDBエントリに付与されているアクセスコード(EMDB-ID)は4桁の数字(例、EMD-1234)でしたが、間もなく枯渇します。これまでの4桁のID番号は4桁のまま変更されませんが、4桁の数字を使い切った後に発行されるIDは5桁以上の数字(例、EMD-12345)になります。5桁のIDは2019年の春頃から発行される見通しです。
  • EM Navigator/万見では、接頭語「EMD-」は省略されています。

関連情報:Q: 「EMD」とは何ですか? / 万見/EM NavigatorにおけるID/アクセスコードの表記

外部リンク:EMDB Accession Codes are Changing Soon! / PDBjへお問い合わせ

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2017年7月12日: PDB大規模アップデート

PDB大規模アップデート

  • 新バージョンのPDBx/mmCIF辞書形式に基づくデータがリリースされました。
  • 今回の更新はバージョン番号が4から5になる大規模なもので、全エントリデータの書き換えが行われる「Remediation」というアップデートに該当します。
  • このバージョンアップで、電子顕微鏡の実験手法に関する多くの項目の書式が改定されました(例:em_softwareなど)。
  • EM NavigatorとYorodumiでも、この改定に基づいた表示内容になります。

外部リンク:wwPDB Remediation / OneDepデータ基準に準拠した、より強化された内容のモデル構造ファイルが、PDBアーカイブで公開されました。

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