Onderzoekers van de TU Delft en de Universiteit van Basel hebben een biomimetische nanoporie ontwikkeld die een uniek test- en meetplatform biedt voor de manier waarop eiwitten de celkern binnendringen. In het journaal Natuur Nanotechnologie , ze rapporteren een kunstmatige nanoporie die is gefunctionaliseerd met belangrijke eiwitten die de natuurlijke nucleaire porie nabootst. Bij het testen van het transport van individuele eiwitten door de biomimetische porie, ze ontdekten dat de meeste eiwitten er niet doorheen kunnen, maar sommige specifieke kunnen inderdaad passeren. Dit is het kenmerk van de intrigerende selectiviteit die ook in natuurlijke poriën te vinden is. De biomimetische porie is volledig functioneel en kan worden gebruikt als een testplatform voor onderzoeken naar medicijnafgifte in de celkern.

Het kernporiëncomplex

"Menselijke cellen hebben een kern, en eiwitten en RNA moeten erin en eruit. Dit wordt geregeld door kleine gaatjes, kernporiëncomplexen genoemd. Dit zijn essentiële biologische poriën die fungeren als poortwachters van de celkern. Ze transporteren eiwitten en RNA op een zeer selectieve manier in en uit de kern, wat betekent dat sommigen er doorheen gaan, maar anderen worden geblokkeerd om te passeren. Er is veel discussie over hoe deze intrigerende selectiviteit wordt bereikt. Gezien het feit dat het zeer moeilijk is om metingen met een hoge resolutie uit te voeren in de complexe omgeving van de levende cel, het exacte mechanisme is moeilijk op te lossen." Professor Cees Dekker, directeur van het Kavli Institute of Nanoscience in Delft en leider van dit onderzoek, verklaart.
In het nieuwe onderzoek van de groep van Dekker in samenwerking met de groep van dr. Roderick Lim van de Universiteit van Bazel, ze waren in staat om een ​​biomimetische nanoporie te maken - een synthetische porie die de nucleaire porie imiteert - die fungeert als een nieuwe, krachtig platform om het transport van individuele eiwitten over te volgen.

Biomimetische nanoporiën

Dekker:“Een veelbelovende benadering om dit nucleaire transport te bestuderen is biomimetica – de ontwikkeling van synthetische systemen die biologische structuren en processen nabootsen. De vooruitgang in de nanotechnologie maakt het nu mogelijk om materie op nanometerschaal te bestuderen en vorm te geven, de weg openen om biologische structuren op moleculair niveau te imiteren om zowel hun vindingrijkheid te bestuderen als te benutten." De groep van dr. Roderick Lim van de Universiteit van Basel zuiverde de kernporiën-eiwitten en Dekkers-groep maakte de biomimetische nanoporiën hiervan door deze eiwitten te hechten tot kleine gaatjes in een solid-state ondersteuning.

Selectiviteit

Het nieuwe onderzoek, voornamelijk uitgevoerd door hoofdauteur Stefan Kowalczyk, een afgestudeerde student in Dekkers lab, toont aan dat het mogelijk is om een ​​biomimetische kernporie vast te stellen en om het transport van individuele eiwitten door de porie te volgen. belangrijk, de biomimetische porie vertoont een sterke selectiviteit, net als het natuurlijke kernporiëncomplex:ImpB-eiwitten passeren de poriën, terwijl BSA-eiwitten dat niet doen (zoals geïllustreerd door de bijgevoegde afbeelding). Er werd een verschillende mate van selectiviteit gevonden, afhankelijk van welke exacte kernporie-eiwitten werden gebruikt om de porie te functionaliseren. De onderzoekers hebben aangetoond dat de biomimetische porie volledig functioneel is en kan worden gebruikt als een testplatform voor onderzoeken naar de afgifte van geneesmiddelen in de celkern.