Biologiska membran är som en bevakad gräns. De separerar cellen från miljön och kontrollerar samtidigt import och export av molekyler. Kärnmembranet kan passeras via många små porer. Forskare vid Biozentrum och Swiss Nanoscience Institute vid universitetet i Basel, tillsammans med ett internationellt team av forskare, har upptäckt att proteiner som finns i kärnporen fungerar på samma sätt som en kardborre. I Naturens nanoteknik , de rapporterar hur dessa proteiner kan användas för kontrollerad och selektiv transport av partiklar.

Det är mycket trafik i våra celler. Många proteiner, till exempel, måste resa från sin produktionsplats i cytoplasman till kärnan, där de används för att läsa genetisk information. Porer i kärnmembranet möjliggör deras transport in i och ut ur cellkärnan. Argovia-professorn Roderick Lim, från Biozentrum och Swiss Nanoscience Institute vid universitetet i Basel, studerar de biofysiska grunderna för denna transport. För att bättre förstå denna process, han har skapat en konstgjord modell av kärnporkomplexet, tillsammans med forskare från Lausanne och Cambridge, vilket har lett till upptäckten att dess proteiner fungerar som en nanoskala "kardborre" som kan användas för att transportera de minsta partiklarna.

"Smutsig kardborre" inuti kärnporen

Kärnporer är proteinkomplex inom kärnmembranet som möjliggör molekylärt utbyte mellan cytoplasman och kärnan. Drivkraften är diffusion. Kärnporer är fodrade med "kardborre" som proteiner. Endast molekyler speciellt märkta med importproteiner kan binda till dessa proteiner och därmed passera poren. Men för alla icke-bindande molekyler fungerar kärnporen som en barriär. Forskarna postulerade att transport beror på styrkan i bindningen till "kardborrband" som proteiner. Bindningen ska vara precis tillräckligt stark för att molekyler som ska transporteras kan binda men samtidigt inte för hårt så att de fortfarande kan diffundera genom poren.

I ett artificiellt system som återskapar kärnporen, forskarna testade sin hypotes. De belagde partiklar med importproteiner och studerade deras beteende på molekylär "kardborre". Intressant, forskarna hittade paralleller i beteendet till kardborrbandet som vi känner det. På "ren kardborre", partiklarna fastnar omedelbart. Dock, när "kardborren" är fylld eller "smutsig" med importproteiner, det är mindre vidhäftande och partiklarna börjar glida över dess yta bara genom diffusion. "Att förstå hur transportprocessen fungerar i kärnporkomplexet var avgörande för vår upptäckt, "säger Lim." Med nanoskala "kardborre" bör vi kunna definiera den väg som ska tas samt påskynda transporten av utvalda partiklar utan att kräva extern energi. "

Potentiella lab-on-a-chip teknologiapplikationer

Lims undersökningar av biomolekylära transportprocesser ligger till grund för upptäckten av detta märkliga fenomen att partiklar kan transporteras selektivt med en molekylär "kardborre". "Denna princip kan hitta mycket praktiska tillämpningar, till exempel som transportband i nanoskala, rulltrappor eller spår, " förklarar Lim. Detta kan också potentiellt användas för att ytterligare miniatyrisera lab-on-chip-teknik, små labb på chips, där detta nyupptäckta transportsätt skulle göra dagens komplexa pump- och ventilsystem föråldrade.