Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erste Filmaufnahmen von Kernporen

03.05.2016

Mithilfe eines extrem schnellen und präzisen Rasterkraftmikroskops haben Forscher der Universität Basel erstmals «lebendige» Kernporenkomplexe bei der Arbeit gefilmt. Kernporen sind molekulare Maschinen, die den Verkehr in und aus dem Zellkern kontrollieren. In ihrem kürzlich in «Nature Nanotechnology» publizierten Artikel erklären die Forscher, wie bewegliche «Tentakeln» in der Pore die Passage von unerwünschten Molekülen verhindern.

Das Rasterkraftmikroskop (AFM) ist kein Mikroskop zum Durchschauen. Es tastet wie ein Blinder mit seinen Fingern die Oberflächen mit einer extrem feinen Spitze ab und kann so selbst millionstel Millimeter kleine zelluläre Strukturen erkennen.


Videoaufnahmen mit Hochgeschwindigkeits-AFM zeigen native Kernporenkomplexe bei der Arbeit; der Massstabsbalken beträgt 10 Nanometer.

Universität Basel

So auch die Poren in der Hülle des Zellkerns. Normalerweise ist diese Messung langsam und benötigt für die Aufnahme eines einzelnen Bildes bis zu einer Minute. Moderne Hochgeschwindigkeits-AFM nehmen dagegen mehrere hundert Bilder pro Minute auf und können so Moleküle in Aktion filmen.

Mithilfe eines solchen Geräts konnte Roderick Lim, Argovia-Professor am Biozentrum und dem Swiss Nanoscience Institut der Universität Basel, nun nicht nur die selektive Barriere der Kernporen, sondern auch ihr dynamisches Verhalten sichtbar machen. Damit gelang es den Forschern, das langjährige Mysterium, wie unerwünschten Molekülen der Einlass zum Zellkern verwehrt wird, zu enträtseln.

Kernporenkomplexe steuern Passage von Molekülen

Die Struktur von Kernporen ist seit langem bekannt. Dabei handelt es sich nicht um einfache Löcher, sondern um wichtige Verkehrsknotenpunkte, die zu Tausenden die Hülle des Zellkerns durchziehen. Sie bestehen aus etwa 30 verschiedenen als Nukleoporine bezeichneten Proteinen, die einen Ring mit einem Transportkanal bilden.

Innerhalb der Pore bilden mehrere ungeordnete Proteine (FG-Nup) eine selektive, mit einem Filter vergleichbare Barriere. Während kleine Moleküle diese Barriere passieren können und so ins Kerninnere gelangen, werden grosse Proteine dagegen aufgehalten. Eine Ausnahme stellen Proteine dar, die im Zellkern zum Beispiel für die Reparatur oder Verdoppelung der Erbinformation gebraucht werden. Sie tragen ein spezielles «Adressschild» und werden mithilfe von Transportproteinen durch die Pore in den Zellkern geschleust.

Superschnelles AFM offenbart dynamische Vorgänge

«Mit dem Hochgeschwindigkeits-AFM konnten wir das erste Mal in die nur 40 Nanometer grossen Kernporenkomplexe hineinschauen», erklärt Lim. «Diese Methode ist wirklich bahnbrechend, denn damit konnten wir die einzelnen FG-Nups sehen und sie in Action filmen. Das war zuvor unmöglich!»

Um in das Innere der Pore hineinzugelangen, musste Yusuke Sakiyama, Doktorand in der Forschungsgruppe von Lim, auf jeder einzelnen Messspitze eine winzige Karbon-Nanofaser wachsen lassen. Mit den damit aufgenommenen Bildern, die zu kurzen Videosequenzen zusammenfügt wurden, konnten die Forscher nun erstmals die «lebensechte» Dynamik biologischer Vorgänge auf Nanoebene beobachten.

Barriere aus wogenden molekularen «Tentakeln»

Aufgrund der hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung konnten die Forscher zeigen, dass die FG-Nup-Filamente sehr beweglich sind. «Es sind keine steifen Borsten, ganz im Gegenteil, wie dünnste Tentakeln schwingen sie, strecken oder ziehen sich zusammen oder verknäulen sich innerhalb der Pore», sagt Lim. Die Schnelligkeit ihrer Bewegungen entscheidet darüber, welche Moleküle die Pore passieren können.

«Die FG-Nups bewegen sich viel schneller als grosse Proteine und versperren ihnen so den Zugang zum Kernporenkomplex», so Lim. «Kleine Moleküle sind hingegen schneller und können daher die FG-Nup-Barriere überwinden.»

Mit dem Verständnis über die Funktionsweise der Kernporenkomplexe in lebenden Zellen möchte Lim, der Mitglied des Nationalen Forschungsschwerpunkts Molecular Systems Engineering ist, nun herausfinden, wie solche dem Kernporenkomplex nachempfundene selektive Filter den molekularen Verkehr in nicht-biologischen System regulieren könnten.

Originalbeitrag

Yusuke Sakiyama, Adam Mazur, Larisa E. Kapinos and Roderick Y.H. Lim
Spatiotemporal dynamics of the nuclear pore complex transport barrier resolved by high-speed atomic force microscopy
Nature Nanotechnology (2016), doi: 10.1038/nnano.2016.62

Weitere Auskünfte

Prof. Dr. Roderick Lim, Universität Basel, Biozentrum und Swiss Nanoscience Institute, Tel. +41 61 267 20 83, E-Mail: roderick.lim@unibas.ch

Dr. Katrin Bühler, Universität Basel, Kommunikation Biozentrum, Tel. +41 61 267 09 74, E-Mail: katrin.buehler@unibas.ch

Weitere Informationen:

http://www.biozentrum.unibas.ch/de/forschung/gruppen-plattformen/overview/unit/l... - Forschungsgruppe Prof. Roderick Lim
http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2016.62 - Abstract

Dr. Katrin Bühler | Universität Basel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Chemiker lassen Bor-Atome wandern
17.01.2020 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

nachricht Infektiöse Proteine bei Alzheimer
17.01.2020 | Klinikum der Universität München

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: Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

Styropor oder Kupfer – beide Materialien weisen stark unterschiedliche Eigenschaften auf, was ihre Fähigkeit betrifft, Wärme zu leiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und der Universität Bayreuth haben nun gemeinsam ein neuartiges, extrem dünnes und transparentes Material entwickelt und charakterisiert, welches richtungsabhängig unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweist. Während es in einer Richtung extrem gut Wärme leiten kann, zeigt es in der anderen Richtung gute Wärmeisolation.

Wärmeisolation und Wärmeleitung spielen in unserem Alltag eine entscheidende Rolle – angefangen von Computerprozessoren, bei denen es wichtig ist, Wärme...

Im Focus: Miniature double glazing: Material developed which is heat-insulating and heat-conducting at the same time

Styrofoam or copper - both materials have very different properties with regard to their ability to conduct heat. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz and the University of Bayreuth have now jointly developed and characterized a novel, extremely thin and transparent material that has different thermal conduction properties depending on the direction. While it can conduct heat extremely well in one direction, it shows good thermal insulation in the other direction.

Thermal insulation and thermal conduction play a crucial role in our everyday lives - from computer processors, where it is important to dissipate heat as...

Im Focus: Fraunhofer IAF errichtet ein Applikationslabor für Quantensensorik

Um den Transfer von Forschungsentwicklungen aus dem Bereich der Quantensensorik in industrielle Anwendungen voranzubringen, entsteht am Fraunhofer IAF ein Applikationslabor. Damit sollen interessierte Unternehmen und insbesondere regionale KMU sowie Start-ups die Möglichkeit erhalten, das Innovationspotenzial von Quantensensoren für ihre spezifischen Anforderungen zu evaluieren. Sowohl das Land Baden-Württemberg als auch die Fraunhofer-Gesellschaft fördern das auf vier Jahre angelegte Vorhaben mit jeweils einer Million Euro.

Das Applikationslabor wird im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »QMag«, kurz für Quantenmagnetometrie, errichtet. In dem Projekt entwickeln Forschende von...

Im Focus: Fraunhofer IAF establishes an application laboratory for quantum sensors

In order to advance the transfer of research developments from the field of quantum sensor technology into industrial applications, an application laboratory is being established at Fraunhofer IAF. This will enable interested companies and especially regional SMEs and start-ups to evaluate the innovation potential of quantum sensors for their specific requirements. Both the state of Baden-Württemberg and the Fraunhofer-Gesellschaft are supporting the four-year project with one million euros each.

The application laboratory is being set up as part of the Fraunhofer lighthouse project »QMag«, short for quantum magnetometry. In this project, researchers...

Im Focus: Wie Zellen ihr Skelett bilden

Wissenschaftler erforschen die Entstehung sogenannter Mikrotubuli

Zellen benötigen für viele wichtige Prozesse wie Zellteilung und zelluläre Transportvorgänge strukturgebende Filamente, sogenannte Mikrotubuli.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

11. Tagung Kraftwerk Batterie - Advanced Battery Power Conference am 24-25. März 2020 in Münster/Germany

16.01.2020 | Veranstaltungen

Leben auf dem Mars: Woher kommt das Methan?

16.01.2020 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2020

16.01.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Chemiker lassen Bor-Atome wandern

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Infektiöse Proteine bei Alzheimer

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

17.01.2020 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics