Das Ndc1-Interaktionsnetzwerk beim Aufbau der Kernpore

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfram Antonin
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 381447421

Kernporenkomplexe (NPCs) sind die Kontrollstellen der Kernhülle, die den selektiven Durchgang zwischen dem Zellkerninnern und dem Zytoplasma vermitteln und kontrollieren. Wie sich diese riesigen Komplexe zusammenbauen und in die beiden Membranen der Kernhülle integrieren, ist nach wie vor eine herausfordernde Forschungsfrage. Im Menschen bilden etwa 30 Nukleoporine in zahlreichen Kopien diese aus etwa 1000 Einzelproteinen bestehenden Komplexe, wobei viele Nukleoporine mit der Porenmembran interagieren. In der letzten Förderperiode haben wir eine amphipathische Helix in der C-terminalen Domäne von Ndc1, einem essenziellen und konservierten Transmembranprotein des NPC, als Membraninteraktionsmotiv identifiziert und charakterisiert. In S. cerevisiae ist die Überexpression dieses Motivs toxisch und verändert die intrazelluläre Membranorganisation. Die amphipathische Helix interagiert funktionell mit ähnlichen Motiven in den Nukleoporinen Nup53 und Nup59, die ihrerseits die Porenmembran binden und verschiedene NPC-Module verbinden. Die Deletion der amphipathischen Helix von Nup53 führt dazu, dass Ndc1 in Hefe nicht länger essenziell ist, was auf ein ausbalanciertes Zusammenspiel von amphipathischen Motiven in verschiedenen Nukleoporinen beim Aufbau und Funktion von NPCs hindeutet. Da die amphipathische Helix in Ndc1 evolutionär konserviert ist, werden wir die Arbeiten auf Vertebraten ausweiten. Wir werden in Xenopuseiextrakten und in Zellen prüfen, ob dieses Motiv für den Funktion und Aufbau von NPCs am Ende der Mitose und/oder in der Interphase erforderlich ist. In künstlichen Membransystemen werden ihre Membranbindung, e.g. Präferenz für bestimmte geladene Lipide beispielsweise der Porenmembran, charakterisieren und prüfen, ob sie Membranen krümmen kann, sowie die Struktur dieses Motiv im Kontext der C-terminalen Domäne von Ndc1 lösen, um zu verstehen, wie die amphipathische Helix mit der Porenmembran interagiert und diese formt. Im menschlichen Kernporenkomplex können etwa 250 amphipathische Helices in sechs Nukleoporinen (Nup160, Nup155, Nup153, Nup133, Nup53 und Ndc1) mit der Porenmembran interagieren, und einige dieser Motive sind für verschiedene Aspekte des NPC-Aufbaus wichtig. Diese amphipathischen Helices sind biophysikalisch isoliert untersucht worden, aber ihr funktionelles Zusammenspiel ist nicht charakterisiert. Wir werden diese Wissenslücke schließen, indem wir mögliche Beeinflussungen der amphipathischen Motive von Ndc1, Nup53 und Nup155 untersuchen, da alle drei Proteine miteinander interagieren, was für den Zusammenbau und die Funktion des NPC entscheidend ist. Hierfür werden wir minimale Membransysteme verwenden, um Membrankrümmungen dynamisch zu analysieren, und in Eiextrakten den gegenseitigen Einfluss der Motive auf den NPC Aufbau untersuchen, um ihre potenzielle synergistische Funktion bei der Bildung der sattelartigen Membranform der NPC-Pore zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen