Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Künstliches Nano-NPC-Modell imitiert selektives Transportsystem von Zellen

20.06.2011
Zelluläre Maschinen zeigen eine faszinierende Raffinesse in ihrer Funktion, die auch technologisch gesehen unerreicht ist.

Der Forschungsgruppe von Prof. Roderick Lim von der Universität Basel ist es in Zusammenarbeit mit Forschern der Technischen Universität Delft gelungen, ein Nano-Modell des biologischen Kernporenkomplexes (NPC) und dessen Funktionsweise künstlich nachzustellen. Damit konnten sie den selektiven Transport von Proteinen zwischen Zytoplasma und Zellkern einer Zelle nachbilden. Lims Gruppe konnte zudem zeigen, wie sich die Vorgehensweise des NPC-Transportsystems chemisch imitieren lässt, um Biomoleküle aus biologischen Flüssigkeiten nanometer-genau zu sortieren.


Modell zum selektiven Transport des Kernporenkomplexes NPC; Gelb: NPC-Proteine, Rot: unpassendes Protein, Grün: passendes Protein, Grau: Transport-Rezeptor, Grau unten: Empfänger

Die Relevanz des biologischen Kernporenkomplexes (nuclear pore complex, NPC) liegt in der Art, wie er den Transport von Proteinen in und aus dem Zellkern regelt. NPCs selektieren wie eine Art Schleuse aktiv Moleküle für den Transport und erleichtern so den schnellen Austausch von bestimmten Proteinen mit höchster Präzision und in einer hochselektiven Art und Weise. Jede im Durchmesser nur 50nm grosse «NPC-Schleuse» öffnet oder schliesst sich dabei, je nachdem, ob ein Stoff als "molekularer Gast“ erkannt wird oder nicht. „NPCs lassen sich mit den Löchern in einem Kaffeefilter vergleichen, wenn der Filter so funktionieren würde, dass er die Bestandteile des Kaffees erkennt und nur Hochwertiges durchlässt", so Lim.

Rätsel um den NPC-Mechanismus
Da es bislang keine technische Vorrichtung gibt, die das NPC-Schleusensystem nachstellt, ist dessen genaue Funktionsweise für Forscher ein langjähriges Rätsel geblieben. Bereits 2006 schlug Lim eine Möglichkeit vor, dem Rätsel näher zu kommen, nämlich die NPC-Proteine mit technisch hergestellten Nanostrukturen und Nanoporen zu verbinden. Und jetzt, rund fünf Jahre später, ist Lims Gruppe in Zusammenarbeit mit der Forschergruppe von Prof. Cees Dekker von der Technischen Universität Delft der Nachweis gelungen, dass ein nachgebautes NPC-Modell tatsächlich mit der Leistung und Präzision eines natürlichen NPCs in der Zelle mithalten kann: Sowohl die Genauigkeit der molekularen Selektivität als auch die Transportzeit innerhalb von Millisekunden entsprechen der eines biologischen NPCs. Diese in «Nature Nanotechnology» gezeigten Ergebnisse ermöglichen wichtige neue Ansätze für die Forschung, um die Grundprinzipien der NPC-Funktion auf der Ebene einzelner Moleküle zukünftig genauer untersuchen und verstehen zu können.
Biologische Grundlagen als Wegweise für zukünftige Anwendungen
Um ihre Erkenntnisse weiter zu führen, zeigen die Forschenden um Lim in dem Journal ACS Nano, wie sie die Prinzipien der NPC-Funktionalität anwenden, um spezifische Proteine aus natürlicher biologischer Umgebung selektiv und mit molekularer Präzision an ihr Ziel zu befördern. Dabei wurden die Bausteine der natürlichen NPC-Schleuse durch synthetische Polymere ersetzt. Das Ersetzen der biologischen durch künstliche Bausteine ist insofern von Bedeutung, als hochkomplexe technologisch-molekulare Transportsysteme eines Tages genauso elegant aufeinander abgestimmt werden könnten, wie es in einer lebenden Zelle bereits der Fall ist.
Originalartikel
Kowalczyk et al.
Single-molecule transport across an individual biomimetic nuclear pore complex.
Nature Nanotechnology, Advance Online Publication, DOI: 10.1038/Nnano.2011.88
Hyotyla et al.
Synthetic Protein Targeting by the Intrinsic Biorecognition Functionality of Poly(ethylene glycol) Using PEG Antibodies as Biohybrid Molecular Adaptors

ACS Nano, DOI: 10.1021/nn201327y

Kontakt:
Prof. Dr. Roderick Lim, Nanobiologie, Biozentrum der Universität Basel, Klingelbergstrasse 70, 4056 Basel, Tel. 061 267 20 83, Email: roderick.lim@unibas.ch

Heike Sacher | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch
http://youtu.be/z__LVQSZXqQ

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie
22.02.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften