Poren in Aktion

Erstmals “Torwächter” des Zellkerns gefilmt

(Bild: Universität Basel)

Mithilfe eines extrem schnellen Rasterkraftmikroskops ist es Forschern der Universität Basel erstmals gelungen, die Poren des Zellkerns in Aktion zu filmen. Dadurch konnten sie zeigen, wie winzige wedelnde Tentakeln dafür sorgen, dass nur die richtigen Moleküle in die innerste Schaltzentrale der Zelle vordringen.

Im Zellkern ist die Erbinformation verpackt. Dort wird sie kopiert, repariert und abgelesen, um Konstruktions-Anleitungen für Proteine zu erzeugen. Diese Anleitungen müssen aus dem Zellkern heraus und hin zum Konstruktionsort der Proteine transportiert werden.

Einige der neu produzierten Proteine - für das Kopieren, Reparieren und Ablesen der Erbinformation - und eine Vielzahl kleiner Moleküle müssen hingegen vom Zellplasma in den Zellkern hinein. Für diesen geregelten Austausch sorgen Poren in der Kernhülle. Nanotechnologen der Universität Basel konnten nun erstmals diesen Poren bei der Arbeit zuschauen, wie die Hochschule am Montag mitteilte.

Mit Rasterkraftmikroskop in Poren hineingeschaut
Mithilfe eines Hochgeschwindigkeits-Rasterkraftmikroskops (AFM) konnten sie in die nur 40 Nanometer großen Poren hineinschauen (siehe Video). Deren Struktur aus etwa 30 verschiedenen Proteinen, die einen ringförmigen Kanal bilden, war zwar bekannt. Auch dass sich in diesem Kanal eine Barriere befindet, die kleine Moleküle durchlässt, aber jene großen Proteine aufhält, die nicht in den Kern gehören.

Aber die genaue Funktionsweise dieser Barriere war bislang nicht ganz klar. Das Forscherteam um Roderick Lim von der Universität Basel konnte diese nun beobachten und beschreibt die Dynamik der Kernporen im Fachjournal "Nature Nanotechnology".

Proteine wedeln wie Tentakeln um Öffnung herum
Sie stellten fest, dass die Proteine in der Pore wie molekulare Tentakeln in der Öffnung herum wedeln. Die Schnelligkeit der Bewegung entscheide darüber, welche Moleküle durchkommen. Sie seien viel schneller als große Moleküle und versperrten ihnen so den Weg, erklärte Lim laut der Mitteilung. Kleine Moleküle seien hingegen schneller und könnten so die Barriere überwinden.

Bei der Rasterkraftmikroskopie schauen Forschende nicht durch eine Linse, sondern lassen eine extrem feine Spitze wie einen tastenden Finger über zelluläre Strukturen fahren. Normalerweise benötigt man für ein Bild auf diese Weise bis zu einer Minute. Für ihren Film vom Inneren der Kernpore nutzten die Wissenschaftler ein Hochgeschwindigkeits-AFM, das mehrere hundert Bilder pro Minute aufnehmen kann.