Kernporenkomplexe

Kernporenkomplexe

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Kernporenkomplexe (NPCs) sind grundlegende Bestandteile aller eukaryotischen Zellen. Sie sind riesige Kanäle, die die Kernhülle perforieren und den Transport von Makromolekülen zwischen dem Zytoplasma und dem Kern vermitteln. Bei Säugetieren bilden rund 1000 Proteinbausteine ​​eine komplizierte zylindrische Architektur, die die inneren und äußeren Kernmembranen miteinander verbindet, wodurch der NPC möglicherweise der größte Proteinkomplex in der Zelle ist. Wir wollen verstehen, wie diese Architektur den nukleozytoplasmatischen Austausch in Verbindung mit der Regulation der Genexpression ermöglicht. Insbesondere untersuchen wir drei verschiedene Aspekte:

  • Die Kompositions- und Konformationsdynamik der NPC-Architektur. NPCs passen sich kompositorisch und konformativ an kontextspezifische Bedürfnisse an. Es ist klar geworden, dass es zwischen Zelltypen und Organismen deutliche Unterschiede in der Kernporenfunktion gibt. Solche Veränderungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Zelldifferenzierung, der malignen Transformation und genetischen Erkrankungen. Die Frage, inwieweit NPCs in derselben Zelle bestimmte Aufgaben erfüllen, bleibt ein aktives Forschungsgebiet.
  • Die evolutionäre Vielfalt und Herkunft von NPCs. Das Kernkompartiment ist ein Markenzeichen von Eukaryoten, und daher sind die NPCs selbst tief in der Herkunft der Eukaryoten verwurzelt. Wir haben gezeigt, dass NPCs im eukaryotischen Lebensbaum überraschend unterschiedlich sind. Änderungen im NPC haben möglicherweise einen Eindruck von der Evolutionsgeschichte der Eukaryoten hinterlassen, der es letztendlich ermöglichen könnte, ihren Ursprung genau zu verwurzeln.
  • Wie Zellen NPCs bauen und abbauen. Aufgrund der Komplexität ihrer Architektur stellen die Montage, Wartung und Qualitätskontrolle von NPCs die Zellen vor eine gewaltige Herausforderung. Zwei mechanistisch unterschiedliche Assemblierungswege stellen vor, wie NPCs während der Interphase bzw. am Ende der Mitose in höheren Eukaryoten hergestellt werden. Wir haben zuvor gezeigt, dass ein alternativer Modus operandi für die Oogenese relevant ist und dass der NPC-Umsatz durch selektive Autophagie durch Knospen der Kernhülle erfolgt. Wir interessieren uns für die molekularen Mechanismen der NPC-Wartung und Strukturanalyse der jeweiligen Montage- und Demontage-Zwischenprodukte. Diese Prozesse sind nicht nur für die Entwicklung relevant, sondern auch für die zelluläre Homöostase und das Altern.

Ausgewählte Publikationen

1.
Zila, V., Margiotta, E., Turoňová, B., Müller, T.G., Zimmerli, C.E., Mattei, S., Allegretti, M., Börner, K., Rada, J., Müller, B., Lusic, M., Kräusslich, H.G., Beck, M.
Cone-shaped HIV-1 capsids are transported through intact nuclear pores.
Cell. 2021 Feb 10; 184, 1-15. doi:10.1016/j.cell.2021.01.025.
2.
Allegretti M., Zimmerli C.E., Rantos V., Wilfling F., Ronchi P., Fung H.K.H., Lee CW., Hagen W., Turonova B., Karius K., Börmel M., Zhang X., Müller C.W., Schwab Y., Mahamid J., Pfander B., Kosinski J., Beck M. 
In-cell architecture of the nuclear pore complex and snapshots of its turnover.
Nature. 2020 Sept 02; 586, 796-800. doi:10.1038/s41586-020-2670-5.
3.
Hampoelz B, Andres-Pons A, Kastritis P, Beck M.
Structure and Assembly of the Nuclear Pore Complex.
Annu Rev Biophys. 2019 May 6;48:515-536. doi: 10.1146/annurev-biophys-052118-115308.
4.
Mosalaganti S, Kosinski J, Albert S, Schaffer M, Strenkert D, Salome PA, Merchant SS, Plitzko JM, Baumeister W, Engel BD, Beck M.
In situ architecture of the algal nuclear pore complex.
Nat Commun. 2018 Jun 18;9(1):2361. doi: 10.1038/s41467-018-04739-y.
5.
Otsuka S, Steyer AM, Schorb M, Heriche JK, Hossain MJ, Sethi S, Kueblbeck M, Schwab Y, Beck M, Ellenberg J.
Postmitotic nuclear pore assembly proceeds by radial dilation of small membrane openings.
Nat Struct Mol Biol. 2018 Jan;25(1):21-28. doi: 10.1038/s41594-017-0001-9.
6.
Beck M, Mosalaganti S, Kosinski J.
From the resolution revolution to evolution: structural insights into the evolutionary relationships between vesicle coats and the nuclear pore.
Curr Opin Struct Biol. 2018 Oct;52:32-40. doi: 10.1016/j.sbi.2018.07.012.
7.
Kosinski J, Mosalaganti S, von Appen A, Teimer R, DiGuilio AL, Wan W, Bui KH, Hagen WJ, Briggs JA, Glavy JS, Hurt E, Beck M.
Molecular architecture of the inner ring scaffold of the human nuclear pore complex.
Science. 2016 Apr 15;352(6283):363-5. doi: 10.1126/science.aaf0643.
8.
Otsuka S, Bui KH, Schorb M, Hossain MJ, Politi AZ, Koch B, Eltsov M, Beck M, Ellenberg J.
Nuclear pore assembly proceeds by an inside-out extrusion of the nuclear envelope.
Elife. 2016 Sep 15;5. pii: e19071. doi: 10.7554/eLife.19071.
9.
von Appen A, Kosinski J, Sparks L, Ori A, DiGuilio AL, Vollmer B, Mackmull MT, Banterle N, Parca L, Kastritis P, Buczak K, Mosalaganti S, Hagen W, Andres-Pons A, Lemke EA, Bork P, Antonin W, Glavy JS, Bui KH, Beck M.
In situ structural analysis of the human nuclear pore complex.
Nature. 2015 Oct 1;526(7571):140-143. doi: 10.1038/nature15381.
10.
Bui KH, von Appen A, DiGuilio AL, Ori A, Sparks L, Mackmull MT, Bock T, Hagen W, Andres-Pons A, Glavy JS, Beck M.
Integrated structural analysis of the human nuclear pore complex scaffold.
Cell. 2013 Dec 5;155(6):1233-43. doi: 10.1016/j.cell.2013.10.055.
11.
Ori A, Banterle N, Iskar M, Andres-Pons A, Escher C, Khanh Bui H, Sparks L, Solis-Mezarino V, Rinner O, Bork P, Lemke EA, Beck M.
Cell type-specific nuclear pores: a case in point for context-dependent stoichiometry of molecular machines.
Mol Syst Biol. 2013;9:648. doi: 10.1038/msb.2013.4.
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