Ran

Englisch: Ras-related nuclear protein, GTP-binding nuclear protein Ran

1 Definition

Ran ist ein monomeres G-Protein, welches das Nukleotid GTP bindet und den Import und Export von Proteinen am Nukleus reguliert.

2 Hintergrund

Die Transkription findet im Zellkern statt, die Translation dagegen im Zytosol. Proteine, die für den Zellkern bestimmt sind, müssen posttranslational importiert werden. Der Transport findet durch die Kernporen in den Kernmembranen statt. Gleichzeitg müssen bestimmte Proteine, wie z.B. Transkriptionsfaktoren unter bestimmten Bedingungen aus dem Kern exportiert werden.

3 Biochemie

Ran hat ein molekulares Gewicht von 25 kDa und kann GTP oder GDP binden. Die GTPase-Aktivität (Hydrolyse von GTP unter Abspaltungen von Phosphat) des Proteins wird durch ein Ran-GAP (GTPase activating protein) aktiviert. Der Austausch von GDP gegen GTP wird durch ein Ran-GEF (Guanine nucleotide exchange factor) induziert. Ran-GEF ist an das Chromatin gebunden und dadurch im Zellkern lokalisiert. Ran-GAP ist dagegen an die äußere Seite der Kernmembran gebunden. Durch die spezifische Lokalisation von GEF und GAP liegt Ran im Zellkern vorwiegend in der GTP-Form vor, im Zytosol dagegen in der GDP-Form.

4 Funktion

4.1 Kernimport

Nukleäre Proteine tragen eine bestimmte Kernlokalisationssequenz mit vorwiegend positiv geladenen Aminosäuren, die sie für den Import markiert. Über diese Sequenz binden sie im Zytosol die Transportrezeptoren Importin α und Importin β, die das Protein durch die Kernporen in den Zellkern transportieren. Ran-GTP stimuliert hier die Dissoziation des Rezeptor-Protein-Komplexes und bindet selbst den Rezeptor. Dieser Komplex diffundiert in das Zytosol. Hier aktiviert Ran-GAP die kleine GTPase und Ran-GDP entsteht, wodurch der Rezeptor wieder freigesetzt wird. Ran-GDP gelangt zurück in den Kern. Dort ersetzt Ran-GEF das GDP durch ein GTP - somit ist der Zyklus abgeschlossen.

4.2 Kernexport

Analog zum Import tragen einige Proteine Kernexportsequenzen mit vorwiegend hydrophoben Aminosäuren. Exportrezeptoren binden Proteine über diese Sequenz und bilden zusammen mit Ran-GTP einen Exportkomplex, der in das Zytosol diffundiert. Der Komplex wird mit Hilfe des das Ran-GAP durch Aktivierung der GTPase-Aktivität des Ran aufgelöst. Der Komplex zerfällt in das zu transportierende Protein, den Exportrezeptor und Ran-GDP. Der Exportrezeptor und Ran-GDP gelangen zurück in den Kern. Dort wird - wie oben beschrieben - mittels Ran-GEF das GDP durch ein GTP ausgetauscht.