R细胞核边界的繁忙时刻永不停歇。基因产物在细胞核中以mRNA链的形式开始其生命，这些mRNA链被运送到细胞质中，在那里它们作为蛋白质合成的模板。许多这些蛋白质，如转录因子，随后返回发送者，穿过细胞的中央细胞器。1要穿过核膜，蛋白质必须通过核孔复合体(NPC)。2这种蛋白质通道充当细胞核的守门人，限制通过携带核定位信号(NLS)的选定蛋白质-一种标记蛋白质以运送到细胞核的氨基酸序列。

在最近发表在《自然物理学》杂志上的一项研究中，研究人员发现，在NLS附近含有柔性结构域的蛋白质可以更快地进入细胞核。3为了模仿这种柔性蛋白质元素，生物物理学家设计了一种可弯曲的蛋白质标签，可以加快将蛋白质货物运送到细胞的核心细胞器中。

洛克菲勒大学细胞生物学家迈克尔·鲁特(MichaelRout)表示：“人们正在研究如何将各种治疗方法、诊断方法或简单的研究工具传递到细胞核中，这对于显著提高该过程的效率可能相当重要。”他并未参与这项研究。

科学家之前发现，NPC会变形，使货物能够跨越核门槛，但科学家对于蛋白质包裹本身的结构变化如何影响运输知之甚少。4“货物在某种程度上被视为葬礼上的尸体——它们是整个仪式的目的，但它们并不积极参与整个过程，”鲁特说。

为了研究蛋白质的分子组成与其运动之间的关系，弗朗西斯·克里克研究所的生物物理学家兼研究合著者SergiGarcia-Manyes开发了一个系统来计时蛋白质进入细胞核的时间。他和他的团队选择了一种常见的蛋白质基序，即免疫球蛋白结构域(Ig)作为测试对象。他们研究了两种Ig突变体：一种比野生型Ig更灵活，另一种更僵硬。然而，Ig结构域没有NLS，因此研究人员给每个版本都贴上了核邮票。将这些突变体构建体与荧光蛋白融合，研究人员可以在显微镜下监测蛋白质的分布，并计算它们进入细胞核的时间。研究人员已经准备好带着他们增强的蛋白质参加比赛了。当他们让突变体相互竞争时，他们发现灵活的Ig结构域进入细胞核所需的时间比僵硬的Ig结构域更短。

在不同时间间隔拍摄的同一细胞的三张图像，显示最初位于细胞质中的荧光随着时间的推移在细胞核中积累。

研究小组利用活细胞成像技术对融合荧光蛋白的突变免疫球蛋白进入细胞核的时间进行了计时。比例尺=10微米。

FANIPANAGI。改编自PANAGI等人，NATPHYS，2024;CCBY4.0国际许可。

Garcia-Manyes和他的团队想知道柔性域与NLS的接近程度是否会影响运输速度。然而，他们无法使用Ig变体来测试这一假设，因为突变固定在NLS附近。相反，他们转向野生型Ig，并将一种名为R16的柔性蛋白质附着在其蛋白质链的两端。通过纵柔性域和NLS之间的距离，他们确定这两个元素越近，蛋白质进入细胞核的速度就越快。

Garcia-Manyes和他的同事考虑将他们的发现应用于加速核输入。“我们的想法是，&luo;不仅仅是利用蛋白质本身的特性，让我们做一些人工的事情——让我们通过分子工程设计一些东西，&ruo;”他说。为了创建一个合成的柔性蛋白质标签放置在僵硬蛋白质的NLS附近，他们开发了甘氨酸(G)和丝氨酸(S)的聚合物——这两种氨基酸经常被科学家用来在蛋白质上安装灵活的铰链。5单个GS标签对Ig的核输入率影响可以忽略不计，而携带25个GS拷贝的大型标签会减慢运输速度。但是，2到4个GS拷贝的适宜范围加快了整个NPC的运输速度。

合成标签将递送时间缩短了一半，但其影响各不相同。“对于带有标签的非常柔软的蛋白质，你不会看到太大的差异，但如果该蛋白质非常坚硬，那么你就会看到非常强烈的效果，”伦敦国王学院的生物物理学家兼研究合著者拉斐尔·塔皮亚-罗霍(RafaelTapia-Rojo)说。

生物物理学家希望探索哪些核蛋白自然进化出了灵活的区域，以协助它们运输。例如，一种名为心肌素相关转录因子A的核蛋白含有许多内在无序区域——没有固定结构的氨基酸链——这可能有助于进入细胞核。6“观察其他似乎在靶向序列旁边有这些无序区域的天然货物，并看看这种区域是如何普遍使用的，将会非常有趣，”Rout说。

在未来的实验中，该团队计划测试蛋白质的柔韧性是否对核输出率以及跨细胞质区室其他孔隙(如产生能量的线粒体)的运输有类似的影响。“然后我们可以开始设计不同的机械策略来阻止或解除跨细胞器的运输，”Garcia-Manyes说。