Forskning afslører, hvordan vores kroppe holder uvelkomne besøgende ude af cellekerner

Strukturen af ​​porer fundet i cellekerner er blevet afsløret af et UCL-ledet hold af forskere, afsløre, hvordan de selektivt blokerer visse molekyler i at komme ind, beskytter genetisk materiale og normale cellefunktioner. Opdagelsen kan føre til udvikling af nye lægemidler mod vira, der er rettet mod cellekernen, og nye måder at levere genterapi på, siger forskerne bag undersøgelsen.

I hjertet af hver celle i vores krop er en cellekerne, en tæt struktur, der indeholder vores DNA. For at en celle skal fungere normalt, den skal omgive sin kerne med en beskyttende membran, men denne skal åbne nok til at lukke vitale molekyler ind og ud, så membranen er gennemboret af hundredvis af små gateways kendt som nukleare porer.

Forskningen, offentliggjort i dag i Natur nanoteknologi , rapporterer om nukleare porer i frøæg og afslører, hvordan disse porer kan fungere som en superladet si, filtrering af molekyler efter størrelse, men også baseret på kemiske egenskaber. Medforfatter Dr. Bart Hoogenboom, fra London Centre for Nanotechnology (UCL Mathematics &Physical Sciences), sagde:"Porerne har været kendt for at fungere som en si, der kunne holde sukker tilbage, mens de lader riskorn falde igennem på samme tid, men det var ikke klart, hvordan de var i stand til at gøre dette."

Dr. Ariberto Fassati, co-lead forfatter fra Wohl Virion Center (UCL Infection &Immunity), tilføjede:"Vi fandt ud af, at proteinerne i midten af ​​porerne filtrer sig sammen lige stramt nok til at danne en barriere, men ikke for stramt - som en klump spaghetti. Bemærkelsesværdigt, strengene af 'spaghetti' klumper sig sammen på en præcis måde, som tillader små molekyler og salte at strømme igennem uden problemer. Større molekyler, ligesom messenger RNA, kan kun passere, når de er ledsaget af chaperone-molekyler. Disse chaperoner, kaldet nukleare transportreceptorer, har egenskaben til at smøre trådene og slække på barrieren, slipper de større molekyler igennem. Dette kan ske op til flere tusinde gange i sekundet."

Før nu, forskere forstod den overordnede form af porerne, og at proteinstrukturer i midten af ​​dem kontrollerede strømmen af ​​molekyler, men man vidste ikke, hvordan de gjorde dette. Nogle teorier foreslog, at porerne virkede som en børste og andre som en si. Forskerne bag denne undersøgelse siger, at det var svært at afgøre, hvad der var korrekt på grund af porernes små og skrøbelige natur og vanskelighederne med at lokalisere proteinerne i porerne.

Holdet brugte en teknik kendt som atomkraftmikroskopi (AFM) til at studere porerne. Ligesom folk kan bruge deres fingre til at læse braille, føle ordene i stedet for at se dem, atomkraftmikroskoper flytter en lille nål hen over overfladen af ​​en prøve, måling af dens form og hårdhed. Denne metode blev valgt frem for andre teknikker, fordi porerne er for små til optisk mikroskopi og for fleksible og mobile til røntgenkrystallografi.

"AFM kan afsløre langt mindre strukturer end optiske mikroskoper, "Dr. Hoogenboom forklarede, "men det er at føle snarere end at se. Tricket er at trykke hårdt nok til at mærke formen og hårdheden af ​​prøven, men ikke så hårdt, at du knækker det. Det er en langsom og omhyggelig proces, men det giver os mulighed for at komme med langt bedre kort over små objekter, end det er muligt med andre metoder - selv individuelle atomer kan observeres på denne måde. Vi brugte det til med succes at sondere membranen, der var blevet pillet væk fra frøæggenes kerne, for at afsløre strukturen af ​​porerne."

Ud over at forklare de bemærkelsesværdige egenskaber ved nukleare porer, og den rolle de spiller i højere livsformer, forskningen kan også holde lovende for udviklingen af ​​nye antivirale lægemidler og bedre leveringsmekanismer til genterapi.

Dr. Fassati sagde:"Visse vira er i stand til at trænge ind i cellekernen ved at narre proteinerne i midten af ​​nukleare porer til at lukke dem ind. Nu hvor nukleare porer er bedre forstået, der kan være muligheder for at udvikle lægemidler, der forhindrer virus i at trænge ind på denne måde. Det kan også være muligt at forbedre designet af nuværende mekanismer til levering af genterapi for bedre at krydse de nukleare porer og levere deres terapeutiske gener ind i kernen."