Utilizando un microscopio de fuerza atómica de exploración ultrarrápida, un equipo de investigadores de la Universidad de Basilea filmó por primera vez complejos de poros nucleares "vivos" en el trabajo. Los poros nucleares son máquinas moleculares que controlan el tráfico que ingresa o sale de la célula.núcleo. En su artículo publicado en Nanotecnología de la naturaleza , los investigadores explican cómo se impide el paso de moléculas no deseadas por los "tentáculos" moleculares que se mueven rápidamente dentro del poro.
El microscopio de fuerza atómica AFM no es un microscopio para mirar a través. Como un hombre ciego usa sus dedos, "siente" una superficie con una punta extremadamente fina para resolver pequeñas estructuras celulares de un tamaño de millonésimas de milímetro,como los poros en la envoltura nuclear. Sin embargo, este proceso normalmente es lento y puede tomar hasta un minuto para capturar una imagen. En comparación, los AFM modernos de alta velocidad pueden grabar películas de moléculas en acción capturando varios cientos de imágenespor minuto.
Utilizando AFM de alta velocidad, Roderick Lim, profesor de Argovia en el Biozentrum y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea, no solo ha visualizado directamente la barrera selectiva del poro nuclear, sino también su comportamiento dinámico para resolver un misterio de larga datade cómo se impide que las moléculas no deseadas ingresen al núcleo.
Los complejos de poros nucleares regulan el transporte de moléculas
La estructura general de los poros nucleares es generalmente conocida. Estos no son agujeros simples, sino centros de transporte masivo que se incorporan por miles en la membrana nuclear. Tienen una estructura en forma de rosquilla que consiste en una treintena de proteínas diferentes, llamadas nucleoporinasy un canal de transporte central. Dentro del poro, varias proteínas desordenadas FG Nups forman una barrera o filtro de selectividad. Mientras que las moléculas pequeñas pueden pasar fácilmente esta barrera, las moléculas grandes como las proteínas no pueden ingresar al poro nuclear.Estas son las proteínas necesarias en el núcleo celular, por ejemplo, para la reparación o replicación del material genético. Su translocación desde el citoplasma al núcleo es asistida por receptores de transporte que reconocen una "etiqueta de dirección" específica transportada por estas proteínas.
AFM de alta velocidad revela procesos dinámicos
"Con el AFM de alta velocidad pudimos, por primera vez, mirar dentro de los complejos de poros nucleares nativos, de solo cuarenta nanómetros de tamaño", dice Lim. "Este método es un verdadero cambio de juego. Podríamos ver los FG Nups individuales yfilmarlos en acción. ¡Esto no era posible hasta ahora! "
Además, Yusuke Sakiyama, el estudiante de doctorado que realizó los experimentos, tuvo que cultivar nanofibras de carbono súper afiladas en cada sonda de alta velocidad para llegar al interior del NPC. Esto genera una secuencia de video a partir de múltiples imágenes que permite al investigadorobservar la dinámica "fiel a la vida" de los procesos biológicos a nivel nanométrico.
Una barrera de "tentáculos" moleculares ondulados
Debido a la alta resolución espacial y temporal, los científicos pudieron demostrar que los filamentos FG Nup son muy flexibles. "No son cerdas rígidas sino todo lo contrario. Al igual que los tentáculos más delgados, los FG Nup fluctúan, se alargan y se alargan rápidamente.se retraen y, a veces, incluso se mezclan brevemente dentro del poro ", dice Lim. La velocidad de su movimiento determina qué moléculas pueden pasar a través del poro." Las partículas grandes se mueven mucho más lentamente que los FG Nups y, por lo tanto, se les impide ingresar al NPC repetidamentecolisiones ", explica Lim." Las moléculas pequeñas, sin embargo, experimentan una difusión rápida y tienen una alta probabilidad de pasar la barrera FG Nup ".
Al comprender cómo los NPC funcionan como centros de transporte en las células vivas, Lim, que es miembro de NCCR Molecular Systems Engineering, ahora está investigando cómo los filtros selectivos inspirados en NPC podrían regular el tráfico molecular en sistemas no biológicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universität Basel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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