Kontrola graniczna w błonie jądra komórkowego
Komórki eukariotyczne mają jądra komórkowe oddzielone osobną błoną, która chroni genom. Jednakże transport cząsteczek przez tę błonę, w tym białek i RNA, jest niezbędny do realizacji większości funkcji komórki. Ten transport jest regulowany przez duże kompleksy porowe jądra komórkowego, które składają się z około 30 oddzielnych podjednostek białkowych, nazywanych nukloeporynami (Nup). Pory umożliwiają swobodne przenikanie małych cząsteczek, np. wody i jonów, lecz regulują ruch dużych cząsteczek poprzez receptory transportu jądrowego. Wprawdzie struktura i właściwości biochemiczne kompleksów porowych są względnie dobrze poznane, jednak mechanizmy selektywnego transportu wymagają dalszych badań. Do tej pory rekonstrukcje in vitro porów nie były możliwe, co utrudniało szczegółowe badania nad ich czynnością i prowadzenie pomiarów. Naukowcy z finansowanego przez UE projektu "Biomimetic nanopore for a mechanistic study of the nuclear pore complex" (BIONANOPORE) zmienili ten stan rzeczy. Stworzyli oni pory jądrowe w stanie stałym, do których można wiązać kowalencyjnie różne Nup, badać ich funkcje i porównywać różnice w transporcie pojedynczych cząsteczek. Importyna beta (Imp beta) jest znanym receptorem uczestniczącym w imporcie cząsteczek do jądra. Naukowcy opracowali układ eksperymentalny, który umożliwił monitorowanie elektryczne translokacji białka Imp beta z dużą rozdzielczością czasową. Czułość protokołu umożliwiła badaczom wykrycie subtelnych różnic pomiędzy poszczególnymi Nup. Biomimetyczne kompleksy porowe opracowane w projekcie BIONANOPORE selektywnie transportowały Imp beta, lecz blokowały transport przypadkowych białek z grupy albumin z surowicy bydlęcej, powszechnie stosowanych w protokołach kultur komórkowych. Ponadto układ eksperymentalny ukazał w szczególności różnice pomiędzy dwiema Nup. Wprawdzie obie umożliwiały selektywny transport Imp beta w podobnej skali czasowej, jednak jedna była bardziej selektywna dla Imp beta od drugiej. Tę obserwację można wyjaśnić wcześniejszymi wynikami badań grupy, które wskazywały, że mniej selektywne białko tworzy szerzej otwarty kanał. Tym samym inne podobne cząsteczki mogą przenikać przez pory, wiązać je i być transportowane. Przełomowe techniki badań eksperymentalnych stworzone przez naukowców z projektu BIONANOPORE pozwolą prowadzić precyzyjne badania mechanistyczne nad kompleksami porowymi błony jądrowej i ich licznymi podjednostkami białkowymi. Dzięki monitorowaniu transportu pojedynczych cząsteczek i różnic, które wynikają z wiązania kowalencyjnego innych Nup do biomimetycznych nanoporów, możliwe będą nowe odkrycia w najbliższej przyszłości. Wyjaśnienie mechanizmów działania kompleksów porowych błony jądrowej może przyczynić się do odkrycia ich roli w procesach chorobowych i stworzenia nowych metod leczenia.
Słowa kluczowe
Błona jądra komórkowego, in vitro, transport pojedynczych cząsteczek, kompleksy porowe błony jądrowej, nukleoporyny, biomimetyczny, nanopory biomimetyczne, badania mechanistyczne, stan stały, Imp beta