Kommunikationsregeln im Zellkern: Gene und Kernporen brauchen „Dolmetscher“

Wien (OTS) - Kernporen in den Hüllen von Zellkernen kontrollieren
nicht nur den Transport von Molekülen in und aus dem Zellkern,
sondern spielen auch eine wichtige Rolle beim Ablesen der
Erbinformation - der Genexpression. ForscherInnen an den Max F.
Perutz Laboratories (MFPL) der Universität Wien und der Medizinischen
Universität Wien haben nun einen Mechanismus entschlüsselt, wie
Kernporen mit Hilfe von "Dolmetschern" die Genexpression direkt
beeinflussen. Die kürzlich in CELL publizierten Erkenntnisse wurden
in Kooperation mit dem Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie
(IMP) und der Pennsylvania State University gewonnen.

Schon seit langem stellen die Kernporen die Wissenschaft vor ein
Rätsel. Bereits ausführlich beschrieben ist ihre Transportfunktion
für Moleküle in und aus dem Zellkern. Darunter fallen auch Bausteine,
die im Zellkern beim Ablesen der Erbinformation helfen, und jene, die
den Zellkern mit einer bestimmten Botschaft wieder verlassen müssen,
damit im Inneren der Zelle (Anm.: Zytoplasma) die richtigen Proteine
hergestellt werden können.

Doch die Kernporen nehmen bei der Genexpression, also dem Ablesen der
genetischen Information, eine viel aktivere Rolle ein. "Gene sind
dynamisch und verändern ihre Position im Zellkern, je nachdem ob sie
aktiv sind oder nicht. Faszinierend ist, dass manche Gene sich an die
Kernporen heften können - jener Ort, wo die Kopie des Gens ins
Zytoplasma exportiert wird. Das führt zu Veränderungen der
Genexpression, also der Häufigkeit mit der die Erbinformation durch
die Transkriptionsmaschine abgelesen wird. Aber wie kommunizieren
Kernporen mit der Erbinformation? Wir haben schon lange vermutet,
dass es Adapter geben muss, die Gene nicht nur an der Kernpore
verankern, sondern Informationen an die Transkriptionsmaschine
weitergeben", erklärt Alwin Köhler, der Gruppenleiter an den Max F.
Perutz Laboratories ist.

Übersetzungsprogramm bereitet Erbinformationen auf

In Zusammenarbeit mit ForscherInnen des Nachbarinstituts IMP am
Vienna Biocenter und KollegInnen an der Pennsylvania State University
in den USA ist es Alwin Köhlers Gruppe nun gelungen, einen
Mechanismus zu entschlüsseln, der die Kommunikation zwischen
Kernporen und Genen erklärt. "Wir sind bei unseren Forschungen auf
ein ‘Übersetzungsprogramm’ gestoßen, das die Erbinformationen für die
RNA-Polymerase II aufbereitet", so Alwin Köhler. Die RNA-Polymerase
II ist der Hauptakteur bei der Transkription. Sie synthetisiert die
messenger RNA (mRNA), die eine Kopie für die Herstellung von
Proteinen ist.

Im Detail identifizierten die WissenschafterInnen den sogenannten
TREX-2 Komplex als Dolmetscher Nummer 1, der seine Informationen
direkt von der Kernpore bezieht. Er übersetzt diese für den mit dem
treffenden Namen Mediator bezeichneten Komplex, der die Information
wiederum für die RNA-Polymerase II zugänglich macht. Die so
entstandene mRNA wird zurück an TREX-2 und die Kernpore geleitet und
dann ins Zytoplasma exportiert.

Nach der im Mai in Developmental Cell erschienenen Publikation ist
dies heuer bereits die zweite Studie von Alwin Köhlers Gruppe in
einer der wichtigsten Fachzeitschriften im Bereich der
Grundlagenforschung. "Die Mechanismen der Transkription zu
entschlüsseln, ist wichtig, wenn wir den Bauplan einer Zelle wirklich
verstehen wollen. Das wiederum ist die Grundlage, um vielfältige
Erkrankungen wie Krebs irgendwann therapieren zu können, denn
letztlich geht es oft um ‚Kommunikationsfehler’ beim Ablesen der
Erbinformation. Grundlagen- und klinische Forschung gehen
idealerweise Hand in Hand. Die Medizinische Universität Wien hat am
Vienna Biocenter die großartige Möglichkeit, mit exzellenten
WissenschaftlerInnen der Universität Wien und der Nachbarinstitute
eng zu kooperieren. Unsere erfolgreiche Zusammenarbeit mit Tim
Clausen am IMP ist das beste Beispiel dafür", sagt Alwin Köhler.
Maren Schneider, eine Erstautorin der Publikation, fügt hinzu, dass
die Arbeit jetzt erst richtig beginnt. "Wir haben eine Frage
beantwortet, aber zehn neue Fragen sind dazugekommen. Genau das macht
dieses Projekt so spannend."

Publikation in Cell:

Maren Schneider, Doris Hellerschmied, Tobias Schubert, Stefan
Amlacher, Vinesh Vinayachandran, Rohit Reja, B. Franklin Pugh, Tim
Clausen und Alwin Köhler: The nuclear pore-associated TREX-2 complex
employs Mediator to regulate gene expression. In: Cell (August 27,
2015) DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.07.059

Max F. Perutz Laboratories (MFPL)

Die Max F. Perutz Laboratories (MFPL) sind ein gemeinsames
Forschungs- und Ausbildungszentrum der Universität Wien und der
Medizinischen Universität Wien am Vienna Biocenter, einem der größten
Life Sciences Cluster in Österreich. An den MFPL sind rund 500
MitarbeiterInnen aus 40 Nationen in durchschnittlich 60
Forschungsgruppen mit Grundlagenforschung und Lehre im Bereich der
Molekularbiologie beschäftigt.

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