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Freitag, 26.05.2017
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Mini-„Gewölbe“ erzeugt Kernporen

Rätsel der zellulären „Vaults“ aufgeklärt

Sie sehen aus wie kleine Fässer und es gibt sie tausendfach in fast jeder Zelle: die so genannten Vault-Partikel. Ihre Funktion war jedoch unbekannt – bis jetzt. Ein Wissenschaftlerteam enthüllte nun, dass die Vaults entscheidend dazu beitragen, nach einer Zellteilung neue Kernporen in der Trennmembran zwischen Zellkern und Zytoplasma zu erzeugen.
Ihre Form ist eindeutig: Wie ein Mini-Sarkophag, eine Nanokapsel oder eben wie das Tonnengewölbe mittelalterlicher Kathedralen sehen sie aus - die Eiweißkomplexe, die in Zellen in großer Zahl zu finden sind. Vault-Partikel oder kurz Vaults nennt man sie deshalb in der einschlägigen Literatur, abgeleitet von dem englischen "Vault" für "Gewölbe". Ihre Funktion war bislang unklar. Erst jetzt ist es der Würzburger Professorin Marie-Christine Dabauvalle von der Abteilung für Elektronenmikroskopie am Biozentrum gelungen, mit Unterstützung von Forschern des Rudolf-Virchow-Zentrums aufzudecken, welche Aufgaben Vaults in den Zellen übernehmen. Fündig wurden sie dabei im Zellkern.

Ein "synthetischer" Zellkern (blau), angefärbt mit Antikörpern gegen Vaults (grün) und Kernporen (rot).

Ein "synthetischer" Zellkern (blau), angefärbt mit Antikörpern gegen Vaults (grün) und Kernporen (rot).

Wie entstehen neue Kernporen?


Zellkerne sind von einer doppelten Membran umgeben, der Kernhülle. Um den Stoff- und Informationsaustausch zwischen dem Kern als dem genetischen Steuerzentrum und dem Zytoplasma zu gewährleisten, ist die Kernhülle von zahlreichen Kanälen, den Kernporenkomplexen, durchbohrt. Bei einer menschlichen Zelle finden sich rund 3.000 von ihnen. Nach jeder Zellteilung regeneriert sich der Zellkern, und die Zahl der Kernporen verdoppelt sich. Wie diese neuen Poren in die bestehende Doppelmembran der Kernhülle eingefügt werden, war bisher unklar.

"Zunächst müssen die beiden Kernmembranen punktartig miteinander fusionieren, um einen Membrankanal zu bilden", erklärt Dabauvalle. "Gleichzeitig wird der Membrankanal durch die Anlagerung von hunderten spezifischer Proteinen, den so genannten Nukleoporinen, stabilisiert, und es bilden sich zylindrische Porenkomplexe, die zum Grundinventar jeder Zelle gehören, die einen Zellkern besitzt", so die Wissenschaftlerin. Diese Porenkomplexe zeigen stets die gleiche biochemische Zusammensetzung und den gleichen strukturellen Aufbau, unabhängig davon, ob man einzellige Organismen, pflanzliche, tierische oder menschliche Zellen untersucht.


Neubildung im Reagenzglas


Wie aber bildet sich solch ein neuer Kernporenkomplex? Um diese Frage experimentell anzugehen, hat die Gruppe um Dabauvalle ein zellfreies System eingesetzt, das auf dem Extrakt von Eiern des südafrikanischen Krallenfroschs Xenopus laevis basiert. Gab sie diesem Extrakt DNA-Material hinzu, bildete sich spontan eine Kernhülle mitsamt Kernporenkomplexen; es entstanden "synthetische" Zellkerne.

Mit Hilfe eines Tricks gelang es der Arbeitsgruppe anschließend, Kerne herzustellen, die von einer Doppelmembran umgeben waren, aber keine Porenkomplexe enthielten. Erst nach der Zugabe einer ganz bestimmten Membranfraktion bildeten sich Poren in der Membran.

Das Rätsel der Poren-Induktion


Was bewirkte die Neubildung der Kernporen? In Zusammenarbeit mit der Gruppe um Albert Sickmann vom Virchow-Zentrum konnte Dabauvalle und ihr Team den porenbildenden Faktor identifizieren. Es handelt sich überraschenderweise um das Protein, das die Vaults aufbaut, genannt Major Vault Protein (MVP). Wie genau Vaults die Kernporenbildung auslösen, ist noch nicht geklärt.

Die Größe und die biochemischen Eigenschaften der Vault-Nanokapseln lassen jedoch vermuten, dass sie mit dafür verantwortlich sind, wenn die beiden Kernmembranen punktuell miteinander verschmelzen.Zusätzlich könnten sie die neu gebildeten Membrankanäle stabilisieren und
dadurch ein chaotisches Aufreißen verhindern, bis sich die stabile Architektur der Kernporenkomplexe ausgebildet hat.

Schwerpunkt der weiteren Forschungen wird es nun sein, die Interaktionen von Vaults mit der Kernmembran und den verschiedenen Nukleoporinen auf molekularer Ebene aufzuklären. Über das Forschungsergebnis berichtet die aktuelle Ausgabe des Journal of Cell Science.
(Universität Würzburg, 10.03.2009 - NPO)
 
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