Biologische membranen zijn als een bewaakte grens. Ze scheiden de cel van de omgeving en controleren tegelijkertijd de import en export van moleculen. Het kernmembraan kan worden doorkruist via vele kleine poriën. Wetenschappers van het Biozentrum en het Zwitserse Nanoscience Institute aan de Universiteit van Basel, samen met een internationaal team van onderzoekers, hebben ontdekt dat eiwitten die in de kernporiën worden gevonden, vergelijkbaar zijn met een klittenband. In Natuur Nanotechnologie , ze rapporteren hoe deze eiwitten kunnen worden gebruikt voor gecontroleerd en selectief transport van deeltjes.

Er is veel verkeer in onze cellen. Veel eiwitten, bijvoorbeeld, moeten reizen van hun productielocatie in het cytoplasma naar de kern, waar ze worden gebruikt om genetische informatie te lezen. Poriën in het kernmembraan zorgen voor hun transport in en uit de celkern. De Argovia-professor Roderick Lim, van het Biozentrum en het Zwitserse Nanoscience Institute aan de Universiteit van Basel, bestudeert de biofysische basis van dit transport. Om dit proces beter te begrijpen, hij heeft een kunstmatig model gemaakt van het kernporiecomplex, samen met wetenschappers uit Lausanne en Cambridge, wat heeft geleid tot de ontdekking dat zijn eiwitten functioneren als een "klittenband" op nanoschaal die kan worden gebruikt om de kleinste deeltjes te transporteren.

"Vuil klittenband" in de kernporie

Kernporiën zijn eiwitcomplexen in het kernmembraan die moleculaire uitwisseling tussen het cytoplasma en de kern mogelijk maken. De drijvende kracht is diffusie. Kernporiën zijn bekleed met "klittenband"-achtige eiwitten. Alleen moleculen die speciaal zijn gemarkeerd met importeiwitten kunnen aan deze eiwitten binden en zo de porie passeren. Maar voor alle niet-bindende moleculen fungeert de kernporie als een barrière. De onderzoekers stelden dat transport afhangt van de sterkte van binding aan de "klittenband"-achtige eiwitten. De binding moet net sterk genoeg zijn om te transporteren moleculen te kunnen binden, maar tegelijkertijd niet te strak zodat ze nog door de porie kunnen diffunderen.

In een kunstmatig systeem dat de kernporie nabootst, de onderzoekers testten hun hypothese. Ze bedekten deeltjes met geïmporteerde eiwitten en bestudeerden hun gedrag op het moleculaire "klittenband". interessant, de onderzoekers vonden parallellen in gedrag met de klittenband zoals wij die kennen. Op "schoon klittenband", de deeltjes plakken direct vast. Echter, wanneer de "klittenband" is gevuld of "vervuild" met importeiwitten, het is minder klevend en de deeltjes beginnen door diffusie over het oppervlak te glijden. "Begrijpen hoe het transportproces functioneert in het nucleaire poriecomplex was beslissend voor onze ontdekking, " zegt Lim. "Met het 'klittenband' op nanoschaal zouden we in staat moeten zijn om het te nemen pad te definiëren en het transport van geselecteerde deeltjes te versnellen zonder dat er externe energie nodig is."

Potentiële lab-on-a-chip technologietoepassingen

Lim's onderzoek naar biomoleculaire transportprocessen vormt de basis voor de ontdekking van dit opmerkelijke fenomeen dat deeltjes selectief kunnen worden getransporteerd met een moleculair "klittenband". "Dit principe zou heel praktische toepassingen kunnen vinden, bijvoorbeeld als transportbanden op nanoschaal, roltrappen of rails, " legt Lim uit. Dit kan mogelijk ook worden toegepast om de lab-on-chip-technologie verder te miniaturiseren, kleine laboratoria op chips, waar deze nieuw ontdekte transportmethode de huidige complexe pomp- en klepsystemen overbodig zou maken.