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Research group Roderick Lim

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01.09.2017

Drehtür am Zellkern: Wie Shuttle-Proteine die Kernpore steuern

Kernporen sind winzige Kanäle, durch die Stoffe zwischen Zellkern und Zytoplasma transportiert werden. Das gängige Modell zur Regulierung dieses nuklearen Transports könnte nun durch eine im «Journal of Cell Biology» veröffentlichte Studie unter der Leitung von Prof. Roderick Lim an der Universität Basel widerlegt worden sein. Die Studie zeigt, dass Shuttle-Proteine, sogenannte Importine, die Funktion der nuklearen Poren steuern. Bislang ging man vom Gegenteil aus und nahm an, dass die nuklearen Poren den Importin-Shuttle steuern würden.

Shuttle-Proteine an der Kernpore funktionieren wie eine Drehtür.

Im Kern jeder Zelle befindet sich die Erbinformation. Geschützt werden diese von einer Membran, die den Kern umschliesst und die etliche Kernporen enthält. Diese Poren ermöglichen Proteinen, sogenannten Importinen, Moleküle hinein und hinaus zu transportieren. Das Forschungsteam von Prof. Roderick Lim, Argovia-Professor am Biozentrum und dem Swiss Nanoscience Institut der Universität Basel, konnte nun entgegen früherer Annahmen zeigen, dass der Kernporenkomplex nicht wie ein einfacher Filter den Transportprozess reguliert. Vielmehr kooperieren verschiedene Importine miteinander, um die Pore wie eine Drehtür kontinuierlich zu öffnen und zu schliessen.

Importine regulieren die nuklearen Poren

Lange Zeit gingen Forscher davon aus, dass ein molekularer Filter innerhalb des Kernporenkomplexes den Durchgang von Molekülen in den Zellkern verhindert oder ermöglicht. Lim's aktuelle Studie zeigt nun, dass dieser Filter als Barriere allein nicht ausreicht, sondern lediglich die grundlegende Infrastruktur bietet. Stattdessen fungieren die mit einer Fracht beladene Importine wie Helfer, die die Barriere am Kernporenkomplex steuern.
Darüber hinaus zeigt das Team von Lim, wie der Shuttle-Service der Importine mit deren Funktion als Barriere gekoppelt ist. Es gibt zwei Formen dieser Shuttle-Proteine, die miteinander interagieren: Importin alpha und beta. Während Importin beta der Ladung den Zugang in die Pore ermöglicht, bestimmt Importin alpha, welche Ladung in den Kern eindringen darf. Das Team fand nun heraus, dass Importin alpha wie ein molekularer Schalter funktioniert, der hilft, Importin beta freizusetzen oder zu binden, um die Pore zu öffnen oder zu schließen. Denn sobald Importin alpha fehlt, verliert Importin beta seine Fähigkeit innerhalb des Kernporenkanals hin und her zu pendeln.

Die Bedeutung von Importinen bei Krankheiten

Die Erkenntnisse der Studie haben auch Auswirkungen auf das Verständnis von Krankheiten, die mit einem fehlerhaften Proteintransport an den Kernporen zusammenhängen, wie beispielsweise Krebserkrankungen. «Wir dachten immer, dass der nukleare Porenkomplex eine eigenständige Maschine sei, die den Transport von Molekülen kontrolliert», sagt Lim.«Jetzt verstehen wir viel besser, wie das Zusammenspiel von Importin alpha und beta den nuklearen Porenkomplex reguliert und so den kontinuierlichen Transport sicherstellt. Ist die Funktion von Importin alpha gestört, kommt die Drehtür zum Stillstand und wichtige Proteine gelangen nicht mehr an ihr Ziel im Zellkern. Ähnlich verhält es sich, wenn Importin beta nicht einwandfrei funktioniert: Ist die Pore defekt, können unerwünschte Substanzen in den Zellkern gelangen und ihn vergiften.»

Originalartikel:
Larisa E. Kapinos, Binlu Huang, Chantal Rencurel and Roderick Y.H. Lim. Karyopherins regulate nuclear pore complex barrier and transport function. Journal of Cell Biology; published online 1 September 2017.

Kontakt: Kommunikation, Heike Sacher