Permeabilisierung der Dictyostelium Kernhülle während der semi-geschlossenen Mitose

• Antragsteller: Professor Dr. Ralph Gräf
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391560682

Bei der Mitose müssen u.a. Mikrotubulidimere und assoziierte Proteine mit den Chromosomen interagieren können. Dies erfordert entweder einen Transport über die Kernhülle (KH) oder deren zumindest teilweiser Abbau. Hinsichtlich der Integrität der KH bei der Mitose gibt es innerhalb der eukaryotischen Supergruppen kein generelles Schema. So gibt es unter den Opisthokonten alle Mitosetypen, d.h. geschlossen, offen, semi-offen/geschlossen. Auch bei Archaeplastiden kommen offene wie geschlossene Mitose vor. Somit sind die Verhältnisse beim letzten gemeinsamen eukaryotischen Ahnen (LECA) unbekannt. Die Organisation der Kernhülle und ihre Permeabilisierung bzw. Abbau wurde bisher nur in Opisthokonten, also Tieren und Pilzen, eingehend untersucht. Unter den Modellorganismen ist Dictyostelium discoideum (Supergruppe Amoebozoa) einzigartig, da es eine auf eine Lamin-basierte nukleären Lamina besitzt und gleichzeitig eine semi-geschlossene Mitose mit intakter KH aufweist. Dabei ist unklar, ob die KH durch Modifikation der Kernporen (NPCs) oder durch die beim Eintritt der duplizierenden ursprünglich cytosolischen Centrosomen in die mitotische KH gebildeten Fenestra durchlässig wird oder ob beides auftritt. Eine Beteiligung der Fenestrae wäre dabei ein neuartiger Mechanismus. Letzterer wird durch Beobachtungen an einem Dictyostelium-Stamm gestützt, bei dem das centrosomale Protein CP75 depletiert wurde und der Probleme bei der KH-Permeabilisierung und Spindelbildung aufweist. Das Verständnis der Permeabilisierung zur Ermöglichung der Spindelbildung bei Dictyostelium würde erheblich zu unserem Verständnis der Situation beim LECA beitragen.Unser Arbeitsprogramm wird die räumlich-zeitlichen Ereignisse (1) der KH-Modifikation bei Insertion der mitotischen Centrosomen und (2) hinsichtlich der Modifikation von NPCs aufklären, sowie (3) die Rolle ausgewählter Proteine bei diesem Prozess näher charakterisieren. Die Duplikation des Centriol-freien Dictyostelium Centrosoms ist eng mit der Modifikation der KH gekoppelt. Die aufzuklärenden räumlich-zeitlichen Ereignisse sind somit wie folgt: (1) Verlust des radialen Interphase-Mikrotubulicytoskeletts zusammen mit der Mikrotubuli-nukleierenden Corona, (2) Eintritt der verbleibenden centrosomalen Zentralstruktur in die KH und Permeabilisierung der Letzteren, (3) Aufspaltung der Zentralstruktur unter Verlust ihrer mittleren Schicht mit CP75 und (4) weitere Permeabilisierung der KH durch partielle Disassemblierung der NPCs. Mithilfe von Lebendzellmikroskopie an doppelmarkierten Stämmen mit Expression geeigneter fluoreszierender Markerproteine werden wir eine Zeitachse für diese Ereignisse erstellen. Die angenommenen Funktionen von CP75 und dem assoziierten centrosomalen NPC-Protein Nup53 in diesem Prozess sollen durch Analyse geeigneter Dictyostelium-Stämme und Proteininteraktionsstudien aufgeklärt werden. Außerdem suchen wir nach Indizien für eine Beteiligung des ESCRT-Komplexes beim Eintritt des Centrosoms in die KH.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen