核孔复合体运输的效率、选择性与鲁棒性

所有物质均通过核孔复合体（NPCs）进出细胞核，这是一种兼具高选择性与高吞吐量的高效运输装置。该运输的一个核心特征是被运输因子（携带货物的可溶性运输因子）与排列在 NPC 内的柔性、非结构化蛋白质丝状物（称为 FG-nups）的结合。我们将运输因子的动力学及其与柔性 FG-nups 的相互作用建模为有效势中的扩散，结合了解析理论与计算机模拟。我们表明，运输因子与 FG-nups 的特异性结合促进了运输并提供了选择性机制。我们表明，运输的高选择性可由对结合位点和 NPC 内部空间的竞争来解释，这种竞争筛选出运输因子而非仅与 NPC 非特异性相互作用的其他大分子。我们还表明，由于 FG-nups 的柔性，运输对 NPC 中 FG-nups 数量和分布的变化相对不敏感；这解释了近期实验中删除多达 NPC 总质量一半仍未 abolished 运输的现象。值得注意的是，我们证明了先前已确立的 NPC 物理与结构特性可解释核质运输的观察特征。最后，我们的结果提出了构建人工纳米分子分选策略的建议。