Kerntransport
Das charakteristische Merkmal eukaryontischer Zellen ist die Trennung von Ribonukleinsäure (RNA)-Synthese und Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Replikation im Zellkern, der damit von der zytoplasmatischen Maschinerie der Proteinsynthese getrennt ist. Folglich müssen Boten-RNAs, ribosomale RNAs, Transfer-RNAs und alle zytoplasmatischen RNAs nukleären Ursprungs von ihrem Syntheseort im Zellkern zu ihrem endgültigen Bestimmungsort im Zytoplasma transportiert werden. Umgekehrt müssen alle Kernproteine aus dem Zytoplasma in den Kern importiert werden.
Der Verkehr von Makromolekülen zwischen dem Kern und dem Zytoplasma erfolgt über Kernporenkomplexe (NPCs). NPCs sind große proteinhaltige Strukturen, die wässrige Kanäle durch die Kernhülle oder -membran bilden. NPCs bestehen aus mehreren Kopien von bis zu etwa fünfzig Proteinen, die als Nukleoporine bezeichnet werden, und bestehen aus drei Struktureinheiten. Ein ringförmiges zentrales Gerüst, das den zentralen Kanal der Pore umgibt, befindet sich zwischen zwei peripheren Strukturen: dem zytoplasmatischen Ring, von dem acht zytoplasmatische Fibrillen ausgehen, und dem Kernrand, der den Kernkorb verankert.
Der Kerntransport hängt von Signalen für den Import oder Export ab, die Teil der transportierten Moleküle sind. Diese Signale werden als Kernlokalisierungssignale (NLS) bzw. Kernexportsignale (NES) bezeichnet. Bei Proteinen handelt es sich um spezifische Aminosäuresequenzen. NLSs oder NESs werden von löslichen Import- oder Exportrezeptoren erkannt und gebunden, die zwischen Kern und Zytoplasma pendeln. Die Interaktion der Rezeptoren mit ihren Ladungen (oder Substraten) kann direkt erfolgen oder durch ein zusätzliches Adapterprotein vermittelt werden. Nach der Bindung docken die Transportrezeptoren mit ihren Ladungen an den NPC an und erleichtern deren Überführung durch den zentralen Kanal der Pore. Nach der Abgabe ihrer Ladungen werden die Rezeptoren recycelt, um weitere Transportrunden einzuleiten. Nach diesem Modell bindet ein Exportrezeptor (R) sein Substrat (S) im Zellkern und transportiert es durch den NPC in das Zytoplasma. Auf der Zytoplasmaseite wird die exportierte Ladung freigesetzt, und der Rezeptor kehrt ohne die Ladung in den Zellkern zurück. Umgekehrt bindet ein Importrezeptor seine Importfracht im Zytoplasma und setzt sie im Kern frei.
Die überwiegende Mehrheit der nuklearen Transportrezeptoren gehört zu einer großen Familie von Proteinen, die in der GTP-gebundenen Form eine hohe Affinität zu einer kleinen GTPase, genannt Ran, aufweisen. GTP (Guanosintriphosphat) ist ein energielieferndes Molekül, das bei der Zellsignalisierung verwendet wird. Eine GTPase wie Ran kann GTP in GDP (Guanosindiphosphat) umwandeln, was die Eigenschaften der GTPase verändert. Die GTPase Ran reguliert die Interaktion der Rezeptoren mit ihren Ladungen.
Die GTPase wirkt im Konzert mit mehreren Kofaktoren. Die auffällige Eigenschaft der Ran-Kofaktoren ist, dass sie asymmetrisch in der Zelle lokalisiert sind, wobei einige vorwiegend im Zytoplasma und andere vorwiegend im Zellkern zu finden sind. Diese Asymmetrie trägt dazu bei, den Zwei-Wege-Transport zwischen Zellkern und Zytoplasma zu kontrollieren.
Siehe auch Membrantransport; Nukleotide; Zellkern; Protein Targeting; RNA
Elisa Izaurralde
Bibliographie
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