Strukturen av porer som finns i cellkärnor har upptäckts av ett UCL-ledda team av forskare, avslöjar hur de selektivt blockerar vissa molekyler från att komma in, skydda genetiskt material och normala cellfunktioner. Upptäckten kan leda till utvecklingen av nya läkemedel mot virus som riktar sig mot cellkärnan och nya sätt att leverera genterapier, säger forskarna bakom studien.

I hjärtat av varje cell i vår kropp finns en cellkärna, en tät struktur som innehåller vårt DNA. För att en cell ska fungera normalt, den behöver omge sin kärna med ett skyddande membran men detta måste öppna tillräckligt för att släppa in och ut vitala molekyler, så membranet genomborras av hundratals små gateways som kallas kärnporer.

Forskningen, publiceras idag i Naturens nanoteknik , rapporterar om kärnporer i grodägg och avslöjar hur dessa porer kan fungera som en överladdad såll, filtrering av molekyler efter storlek men också baserat på kemiska egenskaper. Medförfattare Dr Bart Hoogenboom, från London Centre for Nanotechnology (UCL Mathematics &Physical Sciences), sa:"Porerna har varit kända för att fungera som en sil som kan hålla tillbaka socker samtidigt som de låter riskorn falla igenom, men det var inte klart hur de kunde göra detta."

Dr Ariberto Fassati, co-lead författare från Wohl Virion Center (UCL Infection &Immunity), tillade:"Vi fann att proteinerna i mitten av porerna trasslar ihop sig precis tillräckligt tätt för att bilda en barriär, men inte för tätt - som en spagettiklump. Anmärkningsvärt, strängarna av "spaghetti" samlas på ett exakt sätt som låter små molekyler och salter flöda igenom utan problem. Större molekyler, som budbärar-RNA, kan bara passera när de åtföljs av chaperone-molekyler. Dessa följeslagare, kallas nukleära transportreceptorer, har egenskapen att smörja strängarna och slappna av barriären, släpper igenom de större molekylerna. Detta kan hända upp till flera tusen gånger per sekund."

Före nu, forskare förstod den övergripande formen på porerna och att proteinstrukturer i mitten av dem kontrollerade flödet av molekyler, men det var inte känt hur de gjorde detta. Vissa teorier föreslog att porerna fungerade som en borste och andra som en sil. Forskarna bakom denna studie säger att det var svårt att avgöra vilken som var korrekt på grund av porernas små och ömtåliga natur och svårigheterna att lokalisera proteinerna i porerna.

Teamet använde en teknik som kallas atomkraftsmikroskopi (AFM) för att studera porerna. Ungefär som människor kan använda sina fingrar för att läsa punktskrift, känna orden istället för att se dem, atomkraftsmikroskop flyttar en liten nål över ytan av ett prov, mäter dess form och hårdhet. Denna metod valdes framför andra tekniker eftersom porerna är för små för optisk mikroskopi och för flexibla och rörliga för röntgenkristallografi.

"AFM kan avslöja mycket mindre strukturer än optiska mikroskop, "Dr Hoogenboom förklarade, "men det är att känna snarare än att se. Tricket är att trycka tillräckligt hårt för att känna formen och hårdheten på provet, men inte så hårt att du bryter det. Det är en långsam och mödosam process, men det tillåter oss att komma med mycket bättre kartor över små föremål än vad som är möjligt med andra metoder - även enskilda atomer kan observeras på detta sätt. Vi använde den för att framgångsrikt sondera membranet som hade skalats bort från grodäggens kärna, för att avslöja strukturen av porerna."

Förutom att förklara de anmärkningsvärda egenskaperna hos kärnporer, och den roll de spelar i högre livsformer, forskningen kan också lova utvecklingen av nya antivirala läkemedel och bättre leveransmekanismer för genterapi.

Dr Fassati sa:"Vissa virus kan komma in i cellkärnan genom att lura proteinerna i centrum av kärnporerna att släppa in dem. Nu när kärnporerna är bättre förstådda, det kan finnas möjligheter att utveckla läkemedel som förhindrar att virus kommer in på detta sätt. Det kan också vara möjligt att förbättra utformningen av nuvarande mekanismer för att leverera genterapi för att bättre korsa kärnporerna och leverera deras terapeutiska gener in i kärnan."