Efterligning af natur på nanoskala:Selektiv transport over en biomimetisk nanopore

Forskere ved Delft University of Technology og University of Basel har etableret en biomimetisk nanopore, der giver en unik test- og måleplatform for den måde, proteiner bevæger sig ind i en celles kerne. I journalen Natur nanoteknologi , de rapporterer en kunstig nanopore, der er funktionaliseret med nøgleproteiner, som efterligner den naturlige nukleare pore. Ved at teste transporten af ​​individuelle proteiner gennem den biomimetiske pore, de fandt ud af, at de fleste proteiner ikke kan bevæge sig igennem, men nogle specifikke kan faktisk passere. Dette er kendetegnende for den spændende selektivitet, der også findes i naturlige porer. Den biomimetiske pore er fuldt funktionel og kan bruges som en testplatform til undersøgelser af lægemiddellevering ind i en celles kerne.

Det nukleare porekompleks

"Menskelige celler har en kerne, og proteiner og RNA skal ind og ud. Dette er reguleret af små huller, kaldet nukleare porekomplekser. Disse er essentielle biologiske porer, der fungerer som gatekeepere for cellekernen. De transporterer proteiner og RNA ind og ud af kernen på en meget selektiv måde, hvilket betyder, at nogle går igennem, men andre er blokeret i at bestå. Der er megen debat om, hvordan denne spændende selektivitet opnås. I betragtning af det faktum, at det er meget vanskeligt at udføre højopløsningsmålinger i det komplekse miljø af den levende celle, den nøjagtige mekanisme er svær at løse." Professor Cees Dekker, direktør for Kavli Institute of Nanoscience i Delft og leder af denne forskning, forklarer.
I den nye forskning af Dekkers gruppe i samarbejde med gruppen af ​​dr. Roderick Lim fra universitetet i Basel, de var i stand til at lave en biomimetisk nanopore – en syntetisk pore, der efterligner kerneporen – som fungerer som en ny, kraftfuld platform til at overvåge transport af individuelle proteiner på tværs.

Biomimetisk nanopore

Dekker:"En lovende tilgang til at studere denne nukleare transport er biomimetik – udviklingen af ​​syntetiske systemer, der efterligner biologiske strukturer og processer. Fremskridt inden for nanoteknologi gør det nu muligt at studere og forme stof på nanometerskala, åbner vejen for at efterligne biologiske strukturer på molekylært niveau for både at studere og udnytte deres opfindsomhed." Gruppen af ​​dr. Roderick Lim ved University of Basel rensede de nukleare poreproteiner, og Dekkers-gruppen lavede de biomimetiske nanoporer af disse ved at vedhæfte disse proteiner til små huller i en solid-state støtte.

Selektivitet

Den nye forskning, fremført hovedsageligt af hovedforfatteren Stefan Kowalczyk, en kandidatstuderende i Dekkers laboratorium, viser, at det er muligt at etablere en biomimetisk nuklear pore og at overvåge transport af individuelle proteiner over poren. Vigtigt, den biomimetiske pore udviser stærk selektivitet, ligesom det naturlige nukleare porekompleks:ImpB-proteiner passerer porerne, hvorimod BSA-proteiner ikke gør det (som illustreret af det vedhæftede billede). Der blev fundet en forskellig grad af selektivitet, afhængigt af hvilke nøjagtige nukleare poreproteiner, der blev brugt til at funktionalisere poren. Forskerne har vist, at den biomimetiske pore er fuldt funktionel og kan bruges som en testplatform til studier af lægemiddellevering ind i en celles kerne.