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

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Bei einer geschlossenen Mitose kommt es im Gegensatz zur offenen Mitose zu keinem Abbau der Kernhülle und alle Proteine, die zum Aufbau der Spindel benötigt werden müssen über den regulierten nukleären Transport in den Zellkern transportiert werden. Dictyostelium Amöben zeigen eine semi-geschlossene Mitose, bei der die Kernhülle intakt bleibt, aber permeabilisiert wird. Im Projekt konnten wir zeigen, dass diese Permeabilisierung durch ein partielles Disassembly der Kernporenkomplexe zustande kommt, ähnlich der Situation wie beim filamentösen Pilz Aspergillus nidulans. Dabei dissoziieren zentrale FG-Repeat-Proteine, Proteine des inneren Rings sowie der cytosolischen Filamente ab, sodass die verbleibende Pore keine Diffusionsbarriere für größere Proteine mehr bildet, auch wenn diese keine nukleären Transportsignale für den Ran-abhängigen Transport besitzen. Ein weitere zentrale Prozesse in diesem Kontext ist die Integration des normalerweise auf der cytosolischen Seite des Zellkerns befindlichen Centrosoms in die Kernhülle, das dort nach seiner Duplikation die Spindelpole bildet, und das Aufreißen der Kernhülle um die zentrale Spindel bei der Karyokinese, bei der es zur Separation der beiden Tochterkerne kommt. Wir konnten zeigen, dass das Eindringen des Centrosoms in die Kernhülle in der Prophase seiner Duplikation vorangeht und zeitgleich mit dem Disassembly der Kernporenkomplexe stattfindet. Wir konnten keine Belege dafür finden, dass der Prozess der Insertion des Centrosoms in ein Fenster der Kernhülle mit einer Permeabilisierung an dieser Stelle einhergeht. Dagegen konnten wir belegen, dass die AAA-ATPase Spastin beim Disassembly der Spindelmikrotubuli beteiligt ist, was eine Voraussetzung dafür ist, dass die Kernhülle an der Abscissionsstelle bei der Karyokinese und an den Polen, an denen die Centrosomen die Kernhülle in der Telophase wieder verlassen, repariert werden kann. Proteininteraktions- und lokalisationsstudien legen nahe, das das HeH/LEM-Domänenprotein Src1 und der ESCRT Komplex daran ebenfalls beteiligt sind. Unsere Daten zeigen auch, dass die Wiederherstellung der Permeabilitätsbarriere eindeutig erst nach dem Abschluss der Cytokinese erfolgt. Durch Live-Cell-Imaging gelang es uns einen Zeitstrahl für die Ereignisse bei der Permeabilisierung der Kernhülle festzulegen. Die erhaltenen Daten sind inzwischen in drei Originalarbeiten publiziert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• The Dictyostelium Centrosome. Cells, 10(10), 2657.
  Gräf, Ralph; Grafe, Marianne; Meyer, Irene; Mitic, Kristina & Pitzen, Valentin
  
• Dictyostelium spastin is involved in nuclear envelope dynamics during semi-closed mitosis. Nucleus, 13(1), 145-155.
  Schweigel, Ulrike; Batsios, Petros; Müller-Taubenberger, Annette; Gräf, Ralph & Grafe, Marianne
  
• Partial Disassembly of the Nuclear Pore Complex Proteins during Semi-Closed Mitosis in Dictyostelium discoideum. Cells, 11(3), 407.
  Mitic, Kristina; Grafe, Marianne; Batsios, Petros & Meyer, Irene
  
• Temporal Changes in Nuclear Envelope Permeability during Semi-Closed Mitosis in Dictyostelium Amoebae. Cells, 12(10), 1380.
  Mitic, Kristina; Meyer, Irene; Gräf, Ralph & Grafe, Marianne