Microinjection in studies on the permeability of biological membranes

Przepuszczalność błon biologicznych, a w szczególności błon jądrowych, jest szeroko badanym zagadnieniem. Istnieją różne modele transportu makromolekuł przez pory jądrowe. Wiele prac wskazuje na istnienie ostrego progu przepuszczalności dla cząsteczek większych od 60 kDa.W niniejszej pracy wykorzystano mikroiniekcję do wprowadzenia fluorescencyjnego dekstranu do jąder komórkowych w celu porównania przepuszczalności błony jądrowej dla cząsteczek o masach molekularnych 10 i 70 kDa. Pomiary wykonano stosując mikroskopię fluorescencyjną szerokiego pola. Dodatkowo w przedstawionej pracy porównano metodę mikroiniekcji manualnej i półautomatycznej pod względem skuteczności nastrzykiwania i przeżywalności komórek.Pokazano, że szybkość wypływu dekstranu z jądra zależy od jego masy. Im większa masa dekstranu tym transport przez błonę jądrową jest wolniejszy. Jednak w przypadku obu dekstranów zaobserwowano ich wyraźny wypływ z jąder, co nie potwierdza istnienia ostrego progu przepuszczalności 60 kDa. Zaproponowano dwa modele matematyczne do opisu otrzymanych danych eksperymentalnych. Zauważone różnice w przebiegu krzywych dla obu mas dekstranów wskazują na różnice w mechanizmach ich transportu przez błonę jądrową.

Biological membrane permeability, especially nuclear envelope permeability, is extensively studied subject nowadays. There are several different models of macromolecular diffusion through nuclear pore complexes. Many articles indicates that there is 60 kDa size threshold, beyond which permeability decreases rapidly. In this study microinjection was used to inject fluorescent dextran into cell nucleus to compare nuclear membrane permeability for macromolecules with molecular weights of 10 and 70 kDa. Measurements were made using wide field fluorescence microscopy. In addition, efficiency and cells survival rate were compared for manual and semi-automatic microinjection. The rate of dextran outflow from the nucleus was shown to depend on its molecular weight. The higher dextran molecular weight, the slower is its transport through nuclear envelope. However, in both cases, visible outflow from the nucleus was observed, which does not confirm the existence of 60 kDa threshold. Two mathematical models were proposed to describe the obtained experimental data. The difference between both dextrans indicate differences in the mechanisms of their transport through the nuclear membrane.