A genetic system to study the nuclear pore complex permeability barrier of the yeast Saccharomyces cerevisiae

Field: Biochemistry, Genetics and Molecular Biology (Life Sciences)

Kernporenkomplexe (NPCs) verbinden das\nZytoplasma mit dem Nukleoplasma. Ein unkontrollierter Austausch von\nMolekülen zwischen diesen Kompartimenten wird durch die\nPermeabilitätsbarriere der Kernporenkomplexe verhindert. Diese\nsupprimiert einerseits die Passage von inerten Makromoleküle,\nandererseits aber fördert sie den Transport von Molekülen soweit\ndiese im Komplex mit Kern-Transport-Rezeptoren (NTRs)\nvorliegen.\nUngefähr ein Drittel der Proteine, die den NPC bilden, enthalten so\ngenannte FG Domänen. Diese FG Domänen bilden die\nPermeabilitätsbarriere. NTRs binden an einzelne FG Motive dieser\nDomänen und diese Interaktion ist essentiell für die Passage von\nNTR-Molekül-Komplexen durch den NPC. Auf welche Art und Weise diese\nInteraktion den beschleunigten Transport von NTR-Molekül-Komplexen\ndurch den NPC ermöglicht, ist jedoch rätselhaft.\nFG Domänen sind sehr verschiedenartig. Sie unterscheiden sich in\nihrer Kohäsionskraft, in ihren FG Motiven, ihrer Länge, der\nLadungsverteilung sowie der Sequenz zwischen einzelnen FG Motiven.\nDie biophysikalischen und biochemischen Eigenschaften einzelner FG\nDomänen wurden gut in vitro analysiert. Dennoch ist die in vivo\nBedeutung der Eigenschaften einzelner FG Domänen für die\nFunktionalität der Permeabilitätsbarriere nach wie vor\nungeklärt.\nBisher wurde versucht Fragen nach der in vivo Bedeutung einzelner\nFG Domänen zu beantworten, indem mehrere FG Domänen in\nverschiedenen Kombinationen gleichzeitig in S. cerevisiae deletiert\nund daraus resultierende Phänotypen analysiert wurden.\nWir konnten zeigen, dass bisher berichtete letale Phänotypen in\nmehrfach FG deletierten Stämmen nicht ausschließlich durch den\nMangel an FG Domänen verursacht werden, sondern sich vor allem\naufgrund der angewandten Deletionsstrategie ausprägen.\nMit einer alternativen Deletionsstrategie können wir nun vielmehr\nzeigen, dass S. cerevisiae mehr Deletionen von FG Domänen toleriert\nals vormals angenommen.\nDer Schwerpunkt dieser Arbeit lag darin zu eruieren welche\nEigenschaften von FG Domänen für die in vivo Funktionalität der\nPermeabilitätsbarriere essentiell sind. Dafür haben wir ein in vivo\nSystem etabliert, dass es uns erlaubt die Funktionalität einzelner\nFG Domänen zu untersuchen, in dem wir die Auswirkungen von\nMutationen, Deletionen oder eines Domänenaustausches auf die\nLebensfähigkeit von S. cerevisiae analysieren.\nMit diesem System können wir zeigen, dass die besonders kohäsiven\nFG Domänen von Nup100p und Nup116p eine besondere Rolle im Erhalt\nder Permeabilitätsbarriere spielen und dass sie funktionell nicht\ndurch beliebige FG Domänen ersetzt werden können. Diese Tatsache\ndeutet darauf hin, dass die Fähigkeit zur Bindung von NTRs alleine\nnicht ausreichend ist um die Funktionsweise der\nPermeabilitätsbarriere zu erklären. Darüber hinaus legen wir dar,\ndass die einzelnen Ankerpunkte der FG Domänen in der Kernpore nicht\ngleichwertig sind.\nUnsere Ergebnisse stützen jene Modelle, die zur Erklärung der\nFunktionalität der Permeabilitätsbarriere die kohäsiven\nEigenschaften von FG Domänen heranziehen. Allerdings nehmen wir auf\nGrund unserer Ergebnisse an, dass sowohl eine exzessive Präsenz von\nkohäsiver FG Masse als auch deren Abwesenheit zum Zelltod\nführt.