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Biomimetic nanopore for a mechanistic study of the nuclear pore complex

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Le «contrôle aux frontières» dans l'enveloppe nucléaire

Des scientifiques ont créé un paradigme in vitro innovant pour étudier les mécanismes de transport à molécule unique dans et en dehors du noyau. D'après d'excellentes connaissances sur les structures, les chercheurs peuvent désormais commencer à assigner des fonctions spécifiques.

Santé

Les cellules eucaryotes ont des noyaux entourés d'une membrane qui compartimente et protège le génome. Néanmoins, le transport de molécules y compris les protéines et l'ARN dans l'enveloppe nucléaire est nécessaire pour la majorité des fonctions cellulaires. Cette communication est régulée par de grands complexes de pores nucléaires (CPN) d'une trentaine de sous-unités de protéines distinctes appelées les nucléoporines, ou Nups. Les pores permettent le passage libre des petites molécules, de l'eau et des ions, mais contrôlent le mouvement des autres molécules plus larges via les récepteurs de transport nucléaire. Bien que la structure et la biochimie de ces CPN soient relativement bien établies, les mécanismes de transport sélectifs ne le sont pas. Jusqu'à présent, la reconstruction in vitro des pores n'était pas possible, empêchant les études fonctionnelles et des mesures détaillées. Des scientifiques financés par l'UE ont changé tout cela avec leurs travaux révolutionnaires du projet BIONANOPORE («Biomimetic nanopore for a mechanistic study of the nuclear pore complex»). Les chercheurs ont créé des CPN à état solide pour lesquels il est possible de relier de manière covalente plusieurs Nups, tester leurs fonctions et comparer les différences dans le transport de molécules uniques. L'importine beta (Imp beta) est un récepteur d'importation nucléaire bien connu. Les scientifiques ont développé un paradigme expérimental qui permet le suivi électrique de la translocation de l'Imp beta avec une résolution temporale élevée. La sensibilité du protocole a permis aux chercheurs de quantifier les différences subtiles entre les Nups. Les CPN biomimétiques de BIONANOPORE ont transporté de manière sélective l'Imp beta, mais ont bloqué le transport de sérum bovin protéique, l'albumine, des vaches communément utilisée dans les protocoles de culture cellulaire. De plus, le paradigme a révélé les différences subtiles entre deux Nups. Bien que l'Imp beta ait été transportée sélectivement sur différents calendriers, l'une a été plus sélective pour l'Imp beta que l'autre. Cette observation peut être expliquée par les résultats antérieurs du groupe que l'Imp beta moins sélectif crée un canal ouvert plus large. Cela pourrait permettre à d'autres molécules de pénétrer le pore pour se lier et être transporté. Cette technique expérimentale révolutionnaire établie par les chercheurs de BIONANOPORE ouvre la voie à des études mécaniques détaillées des CPN et leurs nombreuses sous-unités protéiques. Le suivi du transport de molécule unique et les différences relatives à la liaison covalente de différents Nups au nanopore biomimétique entraînera une découverte rapide. Comprendre comment ces CPN fonctionnent contribuera à identifier leurs rôles potentiels dans les processus de la maladie et pourrait conduire à de nouvelles thérapies ciblées.

Mots‑clés

Enveloppe nucléaire, in vitro, transport à molécule unique, complexes de pores nucléaires, nucléoporines, biomimétique, nanopore biomimétique, étude mécanique, état solide, Imp beta

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