2025 年 Albert Lasker 基础医学研究奖已授予 Dirk Görlich 和 Steven McKnight，以表彰他们发现了低复杂性蛋白质序列的结构和功能，揭示了细胞内转运、发病机制和细胞组织的新原理。
核膜将真核细胞分为核室和细胞质室。它保护基因组，并通过解偶联转录与翻译来正确处理内含子，但需要复杂的后勤工作：由于细胞核缺乏蛋白质合成，它们从细胞质中导入所有蛋白质。作为回报，它们产生用于翻译的核产物（核糖体、转移 RNA、信使 RNA）并将其输出到细胞质。这种转运通过核孔复合物 （NPC） 进行，通常由特定的核转运信号引导，原型是经典的核定位信号 （NLS）。
到 1990 年代初期，Adam 和 Gerace 获得了用于核输入的可溶性 NLS 受体和洋地黄素透化细胞系统的第一个线索。Mary Moore 已经确定了一种将 NLS 蛋白靶向 NPC 的可溶性组分、核积累所需的 GTP 酶 Ran，以及作为额外刺激因子的核转运因子 2 （NTF2）。在获得发现和重建哺乳动物内质网转位子的博士学位后，我于 1993 年加入了 Ron Laskey 的实验室，在那里我通过偶然的观察1 确定了 importin α 和 β 作为 NLS 蛋白的异二聚体导入受体，即非洲爪α蟾即使没有 His 标签也能结合 Ni-螯合基质。Importin β被证明是一个更大的α螺线管核转运受体 （NTR） 家族的原型，其中包括 importin 和 exportin。
然后，核转运领域试图查明这些成分在通过 NPC 促进易位中的作用，整合了输入蛋白 β 和 NTF2 结合包含许多苯丙氨酸-甘氨酸基序的低序列复杂度结构域的观察结果。2,3 此类结构域称为 FG 重复结构域，并锚定在 NPC 上。
该领域最初认为易位过程是由NTF2辅助的RanGTPase循环驱动的，涉及NLS、导入α、导入β和FG重复序列之间的多个随机解离和重缔合反应。2,3 对我来说，这似乎不太可能;RanGAP（在细胞质中）和 RanGEF（在细胞核中）根本没有正确的定位来驱动孔道内完整的 RanGTPase 循环。相反，我解释了 RanGTPase 系统的功能，即通过 RanGTP 梯度提供空间信息，“指示”输入蛋白在细胞质中加载货物，将货物释放到细胞核中，并作为 RanGTP-导入蛋白复合物返回细胞质。在那里，GTP 水解释放 RanGDP，并为下一个进口周期释放进口品。事实证明，Importin β是促进易位的中介，importin α是 NLS 和 importin β 之间的被动适配器，NTF2 是 RanGDP 导入的 NTR，以补充核 RanGTP 池。
Dirk Görlich，博士
这留下了一个问题，即为什么 NTR 及其货物复合物可以快速通过 NPC，而单独通过货物（或非货物大分子）不能或只能慢得多。当我实验室的 Katharina Ribbeck 测量核孔通过的动力学时，我们得到了第一条线索。4 细胞质 GFP（绿色荧光蛋白）需要 5 分钟才能在细胞核和细胞质之间平衡。然而，NTF2（与 GFP 大小相同）在 NPC 处立即亮起，并在 2 秒内达到核质平衡。测量的速率意味着单个 NPC 可以易位数百个 NTR 或每秒 100 MDa（相当于 20 个核糖体）的质量流量。这使鼻咽癌成为细胞中最有效的蛋白质转运机器，其容量比内质网中的转位子高约100 000倍。
尽管如此，NTF2 的核孔通过速度比通过空的中央 NPC 通道自由扩散的预期慢 4 倍;GFP 传代速度大约慢 500 倍。这种考虑将我们的注意力从为什么 NTR 如此迅速地通过 NPC 转移到为什么 GFP（和其他惰性大分子）如此缓慢地穿过孔隙，从而引出了渗透性屏障的概念。
NTR 在促进易位期间结合 FG 基序。然而，仅仅提供NTR结合位点并不能促进孔通过。绑定后，NTR 只会浪费等待时间。同样，这种布置不能阻止惰性大分子的通过。
这个问题的解决方案是不要将 FG 结构域视为 NTR 的孤立结合位点，而是将它们视为：作为具有许多疏水性 FG 基序的重复序列。它们可以参与多价疏水（内聚）相互作用，在中央鼻咽癌通道内形成局部生物分子凝聚物。我们提出4 这种缩合物，称为选择相或 FG 相，排除惰性大分子（缺乏 FG 相互作用），但对于 NTR 来说是一种很好的溶剂，并且易位过程正在分配到屏障中，然后在反式侧退出。NTR 仅通过增加货物在屏障中的溶解度来介导货物的运输。
低复杂度 FG 结构域如何在核质转运中与核转运受体合作的情景。
最终，我们学会了如何从重组FG结构域5-7组装这种具有凝胶状外观的屏障材料，并观察到它排除了孤立的货物，但当与同源进口蛋白结合时，允许相同货物的流入速度提高10 000倍以上。这种流入凝胶的速度如此之快，以至于它仅受到本体缓冲液内向凝胶的扩散的限制——概括了鼻咽癌的巨大转运速率。
Nup98 的 FG 重复结构域似乎是鼻咽癌功能最关键的结构域。8 它自发地与水溶液7 分离，形成高度转运选择性的 FG 相，并且这种特性在真核生物的所有进化枝中都是高度保守的，包括动物、真菌、植物和最遥远的原生动物。事实上，如果该 FG 结构域被精通 NTR 结合但未能参与内聚相互作用的结构域取代，则 NPC 变得具有非选择性渗透性。8
选择性相概念解释了 NPC 如何对大小非常不同的移动物种具有运输选择性，从 30 kDa GFP 大小的物体到兆道尔顿 60S 核糖体亚基：FG 重复的内在无序性使屏障能够适应易位物种的任何形状和大小（只要它仍然适合 NPC 支架）。FG 相密封在易位物种周围，因此即使在高易位负荷下也能保持屏障。
这个概念最近解决了艾滋病毒生物学中的一个难题。为了感染非分裂细胞，病毒必须通过完整核膜的 NPC 将其仍然衣壳封闭的基因组输送到细胞核中。如果像传统货物一样运输，并带有额外的进口层，衣壳将太大而无法通过核孔支架。然而，该病毒找到了一种显着的解决方法：它的衣壳已经进化成一种NTR，直接在FG阶段分裂，没有任何帮助的反式作用因子，9,10克服了渗透性障碍，从而绕过了鼻咽癌的大小限制，否则这将是一种有效的抗病毒措施。
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