The apoptosome is an Apaf-1 cytochrome c complex that activates procaspase-9. The three-dimensional structure of the apoptosome has been determined at 27 Å resolution, to reveal a wheel-like particle with 7-fold symmetry. Molecular modeling was used to identify the caspase recruitment and WD40 domains within the apoptosome and to infer likely positions of the CED4 homology motif and cytochrome c. This analysis suggests a plausible role for cytochrome c in apoptosome assembly. In a subsequent structure, a noncleavable mutant of procaspase-9 was localized to the central region of the apoptosome. This complex promotes the efficient activation of procaspase-3. Therefore, the cleavage of procaspase-9 is not required to form an active cell death complex.

Nuclear pore complexes play central roles as gatekeepers of RNA and protein transport between the cytoplasm and nucleoplasm. However, their large size and dynamic nature have impeded a full structural and functional elucidation. Here we determined the structure of the entire 552-protein nuclear pore complex of the yeast Saccharomyces cerevisiae at sub-nanometre precision by satisfying a wide range of data relating to the molecular arrangement of its constituents. The nuclear pore complex incorporates sturdy diagonal columns and connector cables attached to these columns, imbuing the structure with strength and flexibility. These cables also tie together all other elements of the nuclear pore complex, including membrane-interacting regions, outer rings and RNA-processing platforms. Inwardly directed anchors create a high density of transport factor-docking Phe-Gly repeats in the central channel, organized into distinct functional units. This integrative structure enables us to rationalize the architecture, transport mechanism and evolutionary origins of the nuclear pore complex.

The nuclear pore complex spans the nuclear envelope and functions as a macromolecular transporter in the ATP-dependent process of nucleocytoplasmic transport. In this report, we present three dimensional (3D) structures for both membrane-associated and detergent-extracted Xenopus NPCs, imaged in frozen buffers by cryo-electron microscopy. A comparison of the differing configurations present in the 3D maps suggests that the spokes may possess an intrinsic conformational flexibility. When combined with recent data from a 3D map of negatively stained NPCs (Hinshaw, J. E., B. O. Carragher, and R. A. Milligan. 1992. Cell. 69:1133-1141), these observations suggest a minimal domain model for the spoke-ring complex which may account for the observed plasticity of this assembly. Moreover, lumenal domains in adjacent spokes are interconnected by radial arm dimers, forming a lumenal ring that may be responsible for anchoring the NPC within the nuclear envelope pore. Importantly, the NPC transporter is visualized as a centrally tapered cylinder that spans the entire width of the NPC, in a direction normal to the nuclear envelope. The central positioning, tripartite structure, and hollow nature of the transporter suggests that it may form a macromolecular transport channel, with a globular gating domain at each end. Finally, the packing of the transporter within the spokes creates a set of eight internal channels that may be responsible, in part, for the diffusion of ions and small molecules across the nuclear envelope.

Nuclear Pore Complexes (NPCs) mediate the nucleocytoplasmic transport of macromolecules. Here we provide a structure of the yeast NPC in which the inner ring is resolved by cryo-EM at - helical resolution to show how flexible connectors tie together different structural and functional layers in the spoke. These connectors are targets for phosphorylation and regulated disassembly in cells with an open mitosis. Moreover, some nucleoporin pairs and karyopherins have similar interaction motifs, which suggests an evolutionary and mechanistic link between assembly and transport. We also provide evidence for three major NPC variants that foreshadow functional specializations at the nuclear periphery. Cryo-electron tomography extended these studies to provide a comprehensive model of the in situ NPC with a radially-expanded inner ring. Our model reveals novel features of the central transporter and nuclear basket, suggests a role for the lumenal ring in restricting dilation and highlights the structural plasticity required for transport by the NPC.