Nukleoporin
Synonym: Nucleoporin
Englisch: nucleoporin
Definition
Nukleoporine, kurz Nups, sind Proteine, aus denen die Kernporen aufgebaut sind. Sie bilden Kanäle, die sich über die gesamte Kernmembran erstrecken und den nukleozytoplasmatischen Transport zwischen Zytoplasma und Zellkern ermöglichen. Dabei wirken die Nukleoporine als Filter und regulieren den zielgerichteten Transport von RNAs und Proteinen durch Interaktion mit Karyopherinen und anderen Transportrezeptoren.
Aufbau der Kernpore
Eine Kernpore besteht aus etwa 500 Proteinen. Die rund 30 verschiedenen Nukleoporine liegen dabei in jeweils in mehrfacher Kopie vor. Sie sind in drei ringförmigen Strukturen übereinander angeordnet:
- zytoplasmatischer Ring (bzw. äußerer Ring)
- Zentralkanal
- nukleärer Ring (bzw. innerer Ring)
Jeder Ring weist eine achtfache Symmetrie auf. Darüber hinaus verfügen die Kernporen über zytoplasmatische Fasern und einen nukleären Korb ("nuclear basket").
Struktur
Die Nukleoporine unterscheiden sich in ihrer Struktur, jedoch kommen bestimmte strukturelle Bestandteile gehäuft vor. Viele Nukleoporine enthalten Solenoid-Proteindomänen, die sich aus Wiederholungen bestimmter Strukturmotive ("tandem repeats") zusammensetzen. Diese können aus α-Helices oder β-Faltblättern bestehen, häufig sind sogenannte β-Propeller vertreten.
Des Weiteren finden sich bei einigen Nukleoporinen intrinsisch ungeordnete Bereiche. Hierzu zählen Cluster der Aminosäuren Phenylalanin (F) und Glycin (G). Diese "FG-Repeats" kommen bei Nukleoporinen vor, die dem Inneren der Pore zugewandt sind, und ragen in den Kanal hinein. Sie bilden einen Filter, der die passive Diffusion großer Moleküle verhindert. Um diesen Filter zu überwinden, werden sie an Karyopherine gebunden, die ihre Beladung durch Interaktion mit den FG-Repeats durch die Kernpore schleusen können.
Proteine
Die folgende Tabelle listet die wichtigsten Nukleoporine auf. Sie werden systematisch nach ihrer Molekülmasse benannt. "NUP35" hat demnach eine molekulare Masse von 35 kDa.
| Struktur | Proteine |
|---|---|
| Zytoplasmatischer Ring und Filamente | |
| Zentralkanal | |
| Nukleärer Ring und Korb |
Klinik
Eine Beteiligung von Nukleoporinen wurde bei verschiedenen Erkrankungen beobachtet. So werden bei diversen Autoimmunerkrankungen Autoantikörper gegen Nukleoporine gebildet, z.B. bei der primären biliären Cholangitis, rheumatischen Erkrankungen, dem systemischem Lupus erythematodes und dem Sjögren-Syndrom.
Nukleoporine spielen ebenfalls eine Rolle bei Virusinfektionen und ermöglichen den nukleären Import von Virusbestandteilen. Die Mechanismen unterscheiden sich von Virus zu Virus. Das Hepatitis-B-Virus nutzt beispielsweise den Importin-vermittelten Transport über ein Kernlokalisierungssignal, während Proteine des Herpes-simplex-Virus HSV-1 direkt mit verschiedenen Nukleoporinen interagieren und darüber die virale DNA in den Zellkern transportieren.
Bei einigen Krebserkrankungen wurden Punktmutationen oder chromosomale Translokationen von Nukleoporinen festgestellt, die zur Entstehung krebserregender Proteinvarianten führen.
Quellen
- Ding und Sepehrimanesh Nucleocytoplasmic Transport: Regulatory Mechanisms and the Implications in Neurodegeneration Int J Mol Sci 2021
- Nofrini et al. Nucleoporin genes in human diseases Eur J Hum Genet 2016