Uma das principais razões para a mortalidade por câncer é o comportamento altamente invasivo das células cancerosas, que geralmente é devido a metástases agressivas. A metástase é facilitada por vários fatores de crescimento e citocinas secretadas pelas células do sistema imunológico, que operam através de várias vias de sinalização. Notavelmente, essas vias de sinalização entram no núcleo através do complexo de poros nucleares (NPC), que deve atuar como um porteiro para o núcleo. NPC é, na verdade, uma nanomáquina que consiste em várias cópias de cerca de 30 proteínas diferentes, chamados coletivamente de nucleoporina.

Embora pequenas moléculas sejam capazes de passar pelos poros nucleares com bastante liberdade, moléculas maiores do que 40 kDa poderiam fazê-lo efetivamente apenas através da ligação a proteínas transportadoras específicas que interagem com FG-Nups (as nucleoporinas têm unidades repetidas de dois aminoácidos fenilalanina (F) e glicina (G), que são as proteínas do tentáculo com funções específicas e seletivas no transporte dos poros. Embora diferentes modelos sejam propostos, como o FG-Nups participa do transporte núcleo-citoplasma permanece amplamente desconhecido. Apesar disso, a avaliação concomitante de estruturas e dinâmicas nanoscópicas tem sido tecnicamente inviável, uma situação que prevalece em toda a pesquisa em biologia celular. A visualização direta da dinâmica do NPC em resolução em nanoescala era considerada impossível.

A equipe de pesquisa da Universidade de Kanazawa investigou esta importante questão e obteve resultados inovadores por imagens combinadas de células vivas de alta resolução, microscópio eletrônico, e AFM de alta velocidade (HS-AFM), que é desenvolvido por eles próprios para investigar a dinâmica espacial e temporal nanoscópica nativa em estruturas NPC nas células de câncer de cólon.

Primeiro, eles geraram linhas de células NPC estáveis ​​que expressam GFP (proteína fluorescente verde) e confirmadas por microscopia fluorescente. Próximo, eles isolaram o envelope nuclear altamente purificado, o que foi confirmado pelo uso de microscopia eletrônica de coloração negativa e microscopia confocal. Então, eles começaram a observação de mudanças espaço-temporais em escala de milissegundos e nanômetros de estrutura NPC de estado nativo em células de câncer de cólon, combinando imagens de células vivas de alta resolução e microscopia eletrônica. Notavelmente, eles realizaram a observação do envelope nuclear vivo e poros nucleares usando HS-AFM.

A equipe de pesquisa da Universidade de Kanazawa foi, na verdade, bem-sucedido na geração de imagens da dinâmica das proteínas NPC em células cancerosas, que são os blocos de construção do poro nuclear (Figura 1). MLN8237 / alisertib, um indutor apoptótico e autofágico, está atualmente passando por vários ensaios clínicos de câncer. Foi relatado que esta droga inibe a expressão e atividades da nucleoporina. Os pesquisadores visualizaram FG-Nups nativos e tratados com drogas por HS-AFM. Em particular, os FG-Nups estendidos e retraídos com uma aparência de teia de aranha foram perdidos em amostras tratadas com droga (Figura 2). A equipe de pesquisa concluiu que, por meio do HS-AFM, eles visualizaram a deformação e perda da barreira de poro nuclear FG-Nups, que pode ser o primeiro código nano moribundo descoberto no mundo.

O presente estudo da equipe de pesquisa da Universidade de Kanazawa permitiu a visualização da estrutura e dinâmica do poro da membrana nuclear em escala nanométrica, e é mostrado que a deformação e perda da barreira dos poros da membrana nuclear seria um dos códigos de morte das células cancerosas. Essas descobertas representam um novo paradigma em nossa compreensão do transporte nuclear, que tem, até este ponto, permaneceu um problema enigmático em todo o campo da nanomedicina e da biologia celular. As descobertas atuais são baseadas na tecnologia de ponta de bioimagem desenvolvida na Universidade de Kanazawa. Este estudo tem aplicações médicas, incluindo atuar como uma nova "nanoendoscopia" para visualizar organelas intracelulares, como o núcleo e poros nucleares, e dinâmica molecular em células cancerosas e outras doenças.