Forskare vid Delft University of Technology och University of Basel har etablerat en biomimetisk nanopore som ger en unik test- och mätplattform för hur proteiner rör sig in i en cells kärna. I journalen Naturens nanoteknik , de rapporterar en konstgjord nanopor som är funktionaliserad med nyckelproteiner som efterliknar den naturliga kärnporen. Vid testning av transporten av enskilda proteiner genom den biomimetiska poren, de fann att de flesta proteiner inte kan röra sig igenom, men vissa specifika kan verkligen passera. Detta är kännetecknet för den spännande selektiviteten som också finns i naturliga porer. Den biomimetiska poren är fullt funktionell och kan användas som en testplattform för studier av läkemedelsleverans in i en cells kärna.

Det nukleära porkomplexet

"Mänskliga celler har en kärna, och proteiner och RNA behöver komma in och ut. Detta regleras av små hål, kallas nukleära porkomplex. Dessa är väsentliga biologiska porer som fungerar som portvakter för cellkärnan. De transporterar proteiner och RNA in och ut ur kärnan på ett mycket selektivt sätt, vilket innebär att vissa går igenom men andra blockeras från att passera. Det finns mycket debatt om hur denna spännande selektivitet uppnås. Med tanke på det faktum att det är mycket svårt att utföra högupplösta mätningar i den komplexa miljön i den levande cellen, den exakta mekanismen är svår att lösa." Professor Cees Dekker, chef för Kavli Institute of Nanoscience i Delft och ledare för denna forskning, förklarar.
I den nya forskningen av Dekkers grupp i samarbete med gruppen av dr. Roderick Lim vid universitetet i Basel, de kunde göra en biomimetisk nanopor – en syntetisk por som imiterar kärnporen – som fungerar som en ny, kraftfull plattform för att övervaka transport av enskilda proteiner över.

Biomimetisk nanopor

Dekker:"Ett lovande tillvägagångssätt för att studera denna kärnkraftstransport är biomimetik – utvecklingen av syntetiska system som imiterar biologiska strukturer och processer. Framstegen inom nanoteknik gör det nu möjligt att studera och forma materia i nanometerskala, öppnar vägen för att imitera biologiska strukturer på molekylär nivå för att både studera och utnyttja deras uppfinningsrikedom." Gruppen av Dr Roderick Lim vid University of Basel renade kärnporproteinerna och Dekkers-gruppen gjorde de biomimetiska nanoporerna av dessa genom att fästa dessa proteiner till små hål i ett solid state-stöd.

Selektivitet

Den nya forskningen, framför allt av huvudförfattaren Stefan Kowalczyk, en doktorand i Dekkers lab, visar att det är möjligt att etablera en biomimetisk kärnpor och att övervaka transport av enskilda proteiner över poren. Viktigt, den biomimetiska poren uppvisar stark selektivitet, precis som det naturliga kärnporkomplexet:ImpB-proteiner passerar porerna, medan BSA-proteiner inte gör det (som illustreras av den bifogade bilden). En olika grad av selektivitet hittades, beroende på vilka exakta nukleära porproteiner som användes för att funktionalisera poren. Forskarna har visat att den biomimetiska poren är fullt fungerande och kan användas som en testplattform för studier av läkemedelsleverans in i en cells kärna.