De structuur van poriën in celkernen is ontdekt door een door de UCL geleid team van wetenschappers, onthullen hoe ze selectief bepaalde moleculen blokkeren om binnen te komen, beschermen van genetisch materiaal en normale celfuncties. De ontdekking zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe medicijnen tegen virussen die zich op de celkern richten en tot nieuwe manieren om gentherapieën toe te dienen, zeggen de wetenschappers achter de studie.

In het hart van elke cel in ons lichaam bevindt zich een celkern, een dichte structuur die ons DNA bevat. Om een ​​cel normaal te laten functioneren, het moet zijn kern omgeven met een beschermend membraan, maar dit moet voldoende opengaan om vitale moleculen binnen en buiten te laten, dus het membraan wordt doorboord door honderden kleine poortjes die bekend staan ​​als kernporiën.

Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , rapporteert over kernporiën in kikkereieren en onthult hoe deze poriën kunnen werken als een supercharged zeef, filteren van moleculen op grootte maar ook op basis van chemische eigenschappen. Co-hoofdauteur dr. Bart Hoogenboom, van het London Centre for Nanotechnology (UCL Mathematics &Physical Sciences), zei:"Het is bekend dat de poriën werken als een zeef die suiker kan tegenhouden en tegelijkertijd rijstkorrels laat vallen, maar het was niet duidelijk hoe ze dit konden doen."

Dr Ariberto Fassati, co-hoofdauteur van het Wohl Virion Center (UCL Infection &Immunity), toegevoegd:"We ontdekten dat de eiwitten in het midden van de poriën net stevig genoeg in elkaar kluwen om een ​​barrière te vormen, maar niet te strak - als een klomp spaghetti. Opmerkelijk, de strengen 'spaghetti' clusteren op een precieze manier in elkaar waardoor kleine moleculen en zouten er probleemloos doorheen kunnen stromen. Grotere moleculen, zoals boodschapper-RNA, kan alleen passeren als het wordt vergezeld door chaperonne-moleculen. Deze begeleiders, nucleaire transportreceptoren genoemd, de eigenschap hebben de strengen te smeren en de barrière te ontspannen, de grotere moleculen doorlaten. Dit kan tot enkele duizenden keren per seconde gebeuren."

Voor nu, wetenschappers begrepen de algemene vorm van de poriën en dat eiwitstructuren in het midden ervan de stroom van moleculen regelden, maar het was niet bekend hoe ze dit deden. Sommige theorieën suggereerden dat de poriën werkten als een borstel en andere als een zeef. De onderzoekers achter deze studie zeggen dat het moeilijk was om te bepalen wat de juiste was vanwege de kleine en fragiele aard van de poriën en de moeilijkheden bij het lokaliseren van de eiwitten in de poriën.

Het team gebruikte een techniek die bekend staat als atomic force microscopy (AFM) om de poriën te bestuderen. Net zoals mensen hun vingers kunnen gebruiken om braille te lezen, de woorden voelen in plaats van ze te zien, atoomkrachtmicroscopen verplaatsen een minuscuul naaldje over het oppervlak van een monster, het meten van de vorm en hardheid. Deze methode werd verkozen boven andere technieken omdat de poriën te klein zijn voor optische microscopie en te flexibel en mobiel voor röntgenkristallografie.

"AFM kan veel kleinere structuren onthullen dan optische microscopen, " Dr. Hoogenboom legde uit, "maar het is voelen in plaats van zien. De truc is om hard genoeg te drukken om de vorm en de hardheid van het monster te voelen, maar niet zo hard dat je het breekt. Het is een langzaam en nauwgezet proces, maar het stelt ons in staat om veel betere kaarten van kleine objecten te maken dan mogelijk is met andere methoden - zelfs individuele atomen kunnen op deze manier worden waargenomen. We gebruikten het om met succes het membraan te onderzoeken dat was weggepeld van de kern van de kikkereieren, om de structuur van de poriën te onthullen."

Naast het verklaren van de opmerkelijke eigenschappen van kernporiën, en de rol die ze spelen in hogere levensvormen, het onderzoek kan ook veelbelovend zijn voor de ontwikkeling van nieuwe antivirale geneesmiddelen en betere afgiftemechanismen voor gentherapie.

Dr. Fassati zei:"Bepaalde virussen kunnen de celkern binnendringen door de eiwitten in het centrum van de kernporiën te misleiden om ze binnen te laten. Nu de kernporiën beter worden begrepen, er kunnen kansen zijn om medicijnen te ontwikkelen die voorkomen dat virussen op deze manier binnenkomen. Het kan ook mogelijk zijn om het ontwerp van de huidige mechanismen voor het leveren van gentherapie te verbeteren om de kernporiën beter te passeren en hun therapeutische genen in de kern af te leveren."