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Veränderungen bei den Kernporen (gelb) haben klinische Relevanz.
 
Forschung 18. Mai 2015

Auch Löcher haben Aufgaben

Das Wissen über den Einfluss der Kernporen auf die Membran des Nucleus wurde unlängst erweitert.

Wiener Forscher erlangten in einer aktuellen Studie neue Einblicke, wie Kernporen in die Hülle von Zellkernen eingebaut werden und welchen Einfluss die Poren auf die Form des Nucleus, und somit auf dessen Gesamtfunktion, haben.

Kernporen kontrollieren den gesamten Austausch von Makromolekülen zwischen dem Inneren des Zellkerns, wo die Erbinformation aufbewahrt ist, und dem Zytoplasma, wo diese Baupläne zur Produktion verschiedenster Zellbausteine verwendet werden. Mehr als eine Million Makromoleküle werden pro Minute durch die 3.000 bis 4.000 Kernporen eines menschlichen Zellkerns transportiert. Dieser Austausch ist lebenswichtig und Transportfehler stehen im Zusammenhang mit Krebs, Alterungsprozessen und Autoimmunerkrankungen.

Die Kernporen sind große Proteinkomplexe, die einen hochselektiven Kanal bilden. Dieser zieht sich durch die gesamte Kernmembran und erweitert sich auf der Zellkerninnenseite in eine Struktur, die einem Basketballkorb ähnelt, der in der Fachsprache tatsächlich als „nuclear basket“ bezeichnet wird. Aufbau und Funktion dieses „nuclear baskets“ besser zu verstehen, ist ein Forschungsschwerpunkt von Prof. Dr. Alwin Köhler und seinem Team an den Max F. Perutz Laboratories der MedUni Wien und der Universität Wien. „Bisher ging man davon aus, dass der Korb hauptsächlich als Andockstation für die Transportgüter (Anm.: z. B. Ribonukleinsäuren) dient. Als wir aber Proteine des Korbes überexprimierten, also die Zelle viel zu viel davon produzieren ließen, sahen wir dramatische Veränderungen der Zellkernstruktur: Die Kernmembran war im Vergleich zu ihrer normal kugelförmigen Gestalt massiv deformiert“, erläutert Köhler.

Kernmembranen auch im Reagenzglas verformt

Diese Beobachtungen brachten die Forscher auf die Idee, zu untersuchen, ob die „Korb-Proteine“ auch die Fähigkeit haben, Kernmembranen unmittelbar zu binden und zu modellieren. Damit nämlich eine neue Kernpore in die den Zellkern umgebende Doppelmembran eingebaut werden kann, muss an dieser Stelle erst einmal umgebaut und ein „Loch“ in der Membran geschaffen werden. Hierfür müssen sich die beiden Membranen annähern, stark krümmen und schließlich verschmelzen. Die Experimente haben gezeigt, dass Korb-Proteine auch im Reagenzglas Membranen verformen können, und dass Kernmembranen ohne Korb-Proteine instabil werden und die Zellkerne extrem deformiert sind, so Jakub Cibulka.

Poren sind aktive Helfer beim Umbauen der Membran

Diese Ergebnisse bestätigten die Annahme der Forscher, dass Korb-Proteine mehr als nur Andockstationen für Transportgut sind. Sie sind aktive Helfer beim Umbau der Kernmembran für den Einbau einer Kernpore. Diese neuen Erkenntnisse helfen Forschern dabei den Aufbau dieses extrem komplizierten molekularen Tores besser zu verstehen sowie auf lange Sicht die Rolle der Kernporen bei Krebserkrankungen und Alterungsprozessen zu untersuchen.

Nun arbeitet das Team um Köhler daran, das Prinzip der Kernmembran-(Re-)Konstruktion noch genauer zu verstehen, für welches die Studie den Grundstein gelegt hat. „Dieses Projekt zeigt einmal mehr, dass die Biologie immer wieder Überraschungen bereithält. Grundlagenforschung ist nicht völlig planbar, eröffnet aber für die Medizin wichtige Einsichten. Es ist sehr wahrscheinlich, dass Verformungen des Zellkerns seine Gesamtfunktion verändern und medizinisch relevante Funktionen gestört werden“, sagt Köhler.

Originalpublikation: Noémi Mészáros, Jakub Cibulka et al. Nuclear Pore Basket Proteins Are Tethered to the Nuclear Envelope and Can Regulate Membrane Curvature. Dev Cell. 5/2015

MedUni Wien, Ärzte Woche 21/2015

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