Je leest:

Nanogaatjes imiteren poortwachters van celkern

Nanogaatjes imiteren poortwachters van celkern

Auteur: | 21 juni 2011

Hoe het transport van stoffen door piepkleine openingen in de celkern precies werkt, is moeilijk te bestuderen. Onderzoekers van de TU Delft hebben daarom, in samenwerking met de Universiteit van Basel, een kunstmatig nanogaatje gemaakt dat het gedrag van deze celkerngaatjes imiteert. Hiermee zou je ook kunnen testen of bepaalde medicijnen in de celkern terecht komen.

Het soort nanogaatje dat de onderzoekers gebruikten om de celkernporiën te imiteren.
Cees Dekker Lab TU Delft / Tremani

Dat de groep van professor Cees Dekker goed is in het maken van kunstmatige nanogaatjes is inmiddels bekend. Bijna een jaar geleden maakten ze nanogaatjes in grafeen en eind vorig jaar lieten de onderzoekers zien dat je nanogaatjes kunt gebruiken om er DNA mee af te lezen.

Ditmaal heeft de Delftse groep, samen met collega’s van de Universiteit van Basel, de nanogaatjes gebruikt om piepkleine poriën in de wand van de celkern na te bootsen. En ook nu haalt de groep er een prestigieuze publicatie mee binnen in het vakblad Nature Nanotechnology.

Poortwachters

De gaatjes in de wand van de celkern moet je voorstellen als een soort poortwachters. Ze controleren welke stoffen de celkern in en uit gaan. Dat kunnen bijvoorbeeld eiwitten zijn, of RNA-moleculen. De gaatjes zijn gevuld met zogeheten transporteiwitten, spaghetti-achtige eiwitten die alleen stoffen door het kernmembraan heen sluizen die dat mogen. Maar hoe deze eiwitten dat precies doen, is erg onduidelijk. Of ze bijvoorbeeld open gaan of dat ze op de een of andere manier binden aan de moleculen, is helaas lastig om in levende cellen te bestuderen.

Artistieke weergave van het kunstmatig gemaakte nanogaatje. Inclusief de transporteiwitten in de vorm van spaghetti.
TU Delft / Tremani

Vandaar de kunstmatige nanogaatjes, die de groep van Dekker heeft gemaakt. Deze gedragen zich op dezelfde manier als de natuurlijke variant en kunnen veel makkelijker bestudeerd worden.

De onderzoekers maakten met een elektronenmicroscoop de gaatjes in een dun en stevig membraan van siliciumnitride. De gaatjes zijn ongeveer 45 nanometer breed, zo’n duizend keer smaller dan een menselijke haar, dus onzichtbaar voor het blote oog. Deze gaatjes vulden ze met zuivere menselijke transporteiwitten (de spaghetti).

Het transport door de gaatjes maten ze in een elektrisch veld. Aan de hand van de elektrische spanning die verandert, konden de onderzoekers zien wat voor molecuul door het gaatje heen gaat.

Het werkt

Ze testten twee soorten eiwitten, waarvan in het menselijk lichaam de ene wél het nanogaatje zou mogen passeren en de ander niet. De kunstmatige poortwachter liet het goede eiwit door en het andere eiwit tegen. Daarmee toonden de onderzoekers aan dat hun systeem hetzelfde selectieve gedrag vertoont als de natuurlijke variant. Kortom, het werkt. “De volgende stap is om naar interacties tussen meerdere transporteiwitten tegelijkertijd te kijken, zoals in het menselijk lichaam het geval is”, zegt Stefan Kowalczyk, de promovendus die het onderzoek uitvoerde. “Tot nu toe hebben wetenschappers alleen interacties tussen afzonderlijke eiwitten bestudeerd.”

“Verder hebben we nu alleen naar het transport naar binnen gekeken. We moeten ook nog kijken naar het uitgaande verkeer.” In eerste instantie is het fundamenteel onderzoek naar de werking van het transport in de celkern, maar wellicht biedt het systeem ook een nuttig testplatform om te onderzoeken of medicijnen de celkern in kunnen komen. Daar gaat binnenkort mogelijk een andere groep mee aan de slag.

De kleine chip waarin de nanogaatjes gemaakt worden. Op de achtergrond Stefan Kowalczyk.
Stefan Kowalcyk

Biomimetica

Bijzonder aan het onderzoek was volgens Kowalczyk de samenwerking tussen verschillende vakgebieden: natuurkunde, scheikunde en biologie. “Ik ben zelf natuurkundige”, zegt Kowalczyk. “De biologen uit Basel hebben de transporteiwitten voorbereid en naar ons opgestuurd. Vervolgens heb ik met chemici naar de beste manier gezocht om deze eiwitten in het gaatje vast te maken. Ze moeten namelijk stevig vast zitten.”

Het resultaat is een mooi voorbeeld van biomimetica: nieuwe technologie gebruiken om de natuur na te bootsen. Hadden onder andere gekkovoetjes, spinnendraad en lotusbloemen al een kunstmatige variant in de nanotechnologie, de poortwachters in de celkern kunnen nu aan dit rijtje toegevoegd worden.

Bron:

  • S. Kowalczyk e.a., Single-molecule transport across an individual biomimetic nuclear pore complex, Nature Nanotechnology (19 juni 2011, online) DOI:10.1038/nnano.2011.88

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 juni 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.