Wissenschaftler des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS)
Nanowissenschaften am Swiss Nanoscience Institute (SNI) haben mit einem
innovativen Ansatz entziffert, wie Makromoleküle die Barriere in das
Innere des Zellkerns passieren können. Die Studie des Forscherteams vom
Biozentrum der Universität Basel und des Institute of Materials Research
and Engineering in Singapur, veröffentlicht online im renommierten
Wissenschaftsmagazin "Science", hat damit ein Mysterium aufgeklärt.
In jeder tierischen oder menschlichen Zelle herrscht ein stetiger
Austausch von Molekülen zwischen Zellkern und Zellplasma. Der
Transport der verschiedenen Substanzen geschieht über Schleusen in der
Kernmembran, die den Zellkern umgibt und ihn vom Zellplasma trennt.
Diese Schleusen, auch Kernporenkomplexe genannt, bestehen aus etwa
dreissig verschiedenen Eiweissen (Nukleoporine), die symmetrisch um
eine zentrale Pore angeordnet sind. In früheren Untersuchungen konnte
das Forscherteam um Dr. Roderick Lim, Dr. Birthe Fahrenkrog und Prof.
Ueli Aebi vom Biozentrum der Universität Basel bereits zeigen, dass
diese Eiweisse ungefaltet wie Tentakel aus der Pore ragen und eine
pilzkopfartige Barriere für grössere Moleküle bilden.
Jetzt haben die Wissenschaftler anhand von rasterkraftmikroskopischen
in vitro Messungen gezeigt, wie grössere Moleküle aktiv durch die
Kernporenkomplexe gelangen. Die Cargomoleküle müssen sich zunächst mit
bestimmten Transportrezeptoren (Karyopherin-beta1) assoziieren. Bei
der Passage durch die Pore binden diese Transportrezeptoren an die "Tentakeleiweisse"
der Pore. Ausgelöst durch diese Bindung kollabieren die Tentakel und
ziehen damit den gebunden Transportrezeptor zusammen mit dem
Cargomoleküle ins Innere und schliesslich durch die Pore. Ein weiteres
Protein im Kern (RanGTP) kehrt diesen Prozess wieder um: die Bindung
der Transportrezeptoren mit den Tentakeleiweissen wird gelöst, das
Cargomoleküle wird im Kern frei gesetzt, die Tentakeleiweisse strecken
sich und die pilzkopfartige Barriere kann wieder Moleküle am Eintritt
in die Pore hindern.
Die Prozesse, die beim Transport durch die Kernmembran in und aus dem
Kern ablaufen, spielen sich in Grössenordnungen von Nanometern ab.
Daher untersuchen die Wissenschaftler die Vorgänge auch
rasterkraftmikroskopisch im Nanometermassstab. Sie haben diese
Erkenntnisse jedoch auch mit in situ Beobachtungen an Oozyten
untermauert und damit den selektiven Transport von Molekülen durch die
Kernmembran weitestgehend aufgeklärt. Die Veröffentlichung der
Ergebnisse im Wissenschaftsmagazin "Science" unterstreicht die
Bedeutung der Untersuchungen.
Auch der Schweizerische Nationalfonds hat die Arbeiten von Dr.
Roderick Lim und Prof. Ueli Aebi kürzlich gewürdigt, indem er den
Wissenschaftlern ein eigenes Forschungsprojekt mit einer Fördersumme
von 530'000 Franken für die kommenden drei Jahre genehmigt hat.
Quellen und Artikel:
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Roderick Y.H. Lim, Birthe Fahrenkrog, Joachim Köser, Kyrill
Schwarz-Herion, Jie Deng, and Ueli Aebi: Nanomechanical Basis of Selective Gating by the Nuclear Pore
Complex.
Published online October 4, 2007 in Science Express,
DOI
10.1126/science.1145980
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Das Swiss Nanoscience Institute (SNI) geht aus
dem Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) Nanowissenschaften hervor
und bildet einen universitären Forschungsschwerpunkt an der
Universität Basel.
Im SNI wird grundlagenwissenschaftliche mit anwendungsorientierter
Forschung verknüpft. Innerhalb verschiedener Projekte beschäftigen
sich die Forschenden mit Strukturen im Nanometerbereich. Sie möchten
Impulse für Lebenswissenschaften, Nachhaltigkeit, Informations- und
Kommunikationstechnologie geben. Die Universität Basel fungiert als
Leading House und koordiniert das NFS-Netzwerk aus Hochschul- und
Forschungsinstituten und Industriepartnern, das vom Schweizerischen
Nationalfonds im Auftrag des Bundes durchgeführt wird, sowie das vom
Kanton Aargau finanzierte Argovia-Netzwerk. Mit Gründung des SNI
sichert sich die Universität Basel ihre international anerkannte
Stellung als Exzellenzzentrum für Nanowissenschaften.
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