你的身体是由近100万亿个细胞组成的，它们让你保持健康和活力。每个细胞都有自己的数十亿个部分，所有这些部分都协同工作，以保持生命的进程。
细胞的一个重要组成部分被称为核孔，它的作用就像房子里的门和窗户——它们允许像RNA和蛋白质这样的重要物质进出细胞核。没有核孔，你的细胞和身体里的其他一切都会停止工作。到目前为止，科学家们还没有确切地看到核孔是如何形成的，以及它们的许多部分是如何运作的。
来自加州理工学院(Caltech)的一组研究人员加入了进来，他们的领导是André Hoelz，霍华德·休斯医学研究所(HHMI)的化学和生物化学教授。经过近二十年的坚持，研究人员通过确定核孔复合物(NPC)的许多成分的结构并将它们组合在一起，成功地绘制了核孔复合物(NPC)的原子结构。了解鼻咽癌是如何在细胞中结合在一起的，将进一步加深我们对细胞如何工作的理解，并可能为某些癌症、自身免疫和神经退行性疾病以及某些心脏疾病带来新的治疗方法。
解开NPC需要时间，因为这不是一个简单的谜题，不像那些在盒子里等待碎片的谜题。它包含超过1000种单独的蛋白质，科学家们可能需要数年时间才能绘制出一个单独的蛋白质，然后才能将它们组合在一起。整个过程就像一个巨大的三维拼图游戏，但它是由非常小的碎片组成的，你无法用肉眼看到它们，甚至用最好的光学显微镜也无法看到它们。
为了实现这一里程碑式的突破，加州理工学院的研究团队利用了美国能源部SLAC国家加速器实验室的斯坦福同步辐射光源(SSRL)、美国能源部阿贡国家实验室的先进光子光源以及美国布鲁克海文国家实验室的国家同步辐射光源II产生的高能x射线。在多年来的许多实验中，他们用x射线照射晶体化的NPC蛋白样品，照亮样品的原子结构和整体形状。他们本月在《科学》杂志上发表了两篇论文。第一篇论文报道了细胞核外部的面部结构，第二篇论文揭示了NPC的许多碎片是如何由“粘合”蛋白质连接在一起的。
SLAC高级科学家艾娜·科恩说:“x射线晶体学提供了单个蛋白质成分的原子细节。”“随着技术的不断进步，包括SLAC的SSRL，研究人员已经能够以更清晰的方式看到核孔复合物，这样他们就可以将不同的蛋白质组合在一起，完成这个复杂的谜题。”
Hoelz说，如果没有SSRL多年来的技术升级，例如微聚焦能力和2009年安装的像素阵列探测器(PAD)，这项研究就不可能发生。SSRL拥有美国最早的pad之一，探测器产生了比以前更好的x射线衍射数据，帮助加州理工学院的研究人员绘制出NPC的蛋白质结构。2015年，研究人员确定了一个大的六蛋白块的晶体结构，并确定了它在核孔中的排列，这表明，只要有耐心和勤奋，研究人员最终可以提供整个NPC的完整图像。
Hoelz说:“由于我们通过加州理工学院的分子天文台(一个可以访问SSRL的Beam Line 12-2的x射线晶体学设备)获得了充分的访问权限，SSRL是进行大多数初始结构工作的设施。”“这种定期访问允许系统地改进x射线衍射实验的各个方面，这使我们能够解决最具挑战性的核孔蛋白结构测定问题。在解决这些问题之前，我们对多个结构进行了10多年的研究。”
加州理工学院化学高级博士后研究员、该研究的第一作者之一Christopher Bley说，完成的人类NPC谜题将提供一个框架，现在可以在这个框架上进行许多重要的实验。
“我们现在有了这种复合结构，它为未来关于鼻咽癌功能甚至疾病的实验提供了条件，NPC中有很多突变都与可怕的疾病有关，了解它们在结构中的位置以及它们是如何聚集在一起的，可以帮助设计下一组实验，试图回答这些突变在做什么。”
Hoelz说，在确定了人类鼻咽癌的结构后，科学家现在可以专注于研究各种谜一样的鼻咽癌功能的分子基础，如mRNA是如何输出的，许多与鼻咽癌相关的疾病的潜在原因，以及许多病毒(包括SARS-CoV-2和猴痘病毒)对鼻咽癌功能的靶向，以开发新的治疗方法为目标。
SSRL、APS和NSLS-II是美国能源部科学办公室的用户设施。这项研究由HHMI、国立卫生研究院和传统医学研究所资助。
