Hochleistungs-Mikroskop bildet Poren des Zellkerns präziser ab
Der Transport von bestimmten Molekülen in und aus dem Zellkern erfolgt über die Kernporen. Wie diese in der Kernhülle eingebetteten Poren im Detail aufgebaut sind, wird seit längerem erforscht. Nun ist es Biochemikern der Universität Zürich anhand von Hochleistungs-Elektronenmikroskopen erstmals gelungen, den Aufbau des Transportkanals im Innern der Kernporen in Hochauflösung darzustellen.
Aus der Vogelperspektive: Der Kernporenkomplex besteht aus mehreren übereinandergestapelten Ringen: dem Zytoplasmatischen Ring (gold), dem Speichenring im Innern der Pore (blau) und dem Nukleoplasmatischen Ring (grün). Die Kernpore ist von der Kernhülle umgeben (grau).
UZH
Zwischen dem Zellkern und dem Zytoplasma herrscht ein reger Austausch: Moleküle werden in den Zellkern hinein oder von dort hinaus ins Plasma transportiert. In einer menschlichen Zelle werden jede Minute mehr als eine Million Moleküle in den Zellkern transportiert. Spezielle in die Kernmembran eingebettete Poren agieren dabei als Transportschleusen. Diese Kernporen gehören zu den grössten und kompliziertesten Strukturen in der Zelle und bestehen aus mehr als 200 einzelnen Proteinen, die in einer ringförmigen Architektur angeordnet sind. In ihrem Inneren befindet sich ein Transportkanal, durch den kleine Moleküle ungehindert diffundieren können, während grosse Moleküle bestimmte Kriterien erfüllen müssen, um transportiert zu werden. Nun ist es einer UZH-Forschungsgruppe um Professor Ohad Medalia zum ersten Mal gelungen, in Hochauflösung die räumliche Struktur des Transportkanals in den Kernporen darzustellen.
«Molekulares Tor» im Porenkanal entdeckt
Für ihre Untersuchung benutzten die Wissenschaftler schockgefrorene Präparate von Eizellen des Krallenfrosches. Dank der Verwendung von Kryoelektronen-Mikroskopen konnte Medalias Team die winzig kleinen Kernporen mit nur einem zehntausendstel Millimeter Durchmesser mit deutlich höherer Auflösung als bis anhin darstellen. Sie führten dadurch unbekannte Details ans Licht: «Wir haben eine bis heute unbeachtete Struktur im Innern der Kernpore entdeckt, die eine Art molekulares Tor bildet, das nur von Molekülen geöffnet werden kann, die den passenden Schlüssel besitzen», erklärt Ohad Medalia. Bei diesem «molekularen Tor» handelt es sich um den sogenannten Speichenring, der sich in der Mitte von zwei anderen Ringen befindet und sich in das Innere der Kernporen erstreckt. Das Tor selbst besteht aus einem feinmaschigen Gitter, das kleinen Molekülen erlaubt ungehindert durchzuschlüpfen.
Die neue hochaufgelöste Darstellung der Kernporen-Struktur führt zu einem besseren Verständnis, warum bestimmte Moleküle die Kernporen passieren dürfen, während andere abgewiesen werden. Sie hilft auch, die Entstehung von manchen Krankheiten besser zu verstehen, bei denen ein fehlerhafter Transport an den Kernporen eine Rolle spielt – beispielsweise bei Krebsarten des Darms, der Eierstöcke und der Schilddrüse.
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