Untersuchungen zur Bedeutung des Kern-Zytoplasma-Transports für die biologische Funktion zellulärer Proteine [Elektronische Ressource] / von Shirley Knauer

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• Publié par: goethe_universitat_frankfurt_am_main
• Publié le: 01 janvier 2005
• Nombre de lectures: 17
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 32 Mo

Extrait

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BUntersuchungen zur Bedeutung des
Kern-Zytoplasma Transports für die
biologische Funktion zellulärer
Proteine
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades
der Naturwissenschaften
vorgelegt beim Fachbereich 14
der Johann Wolfgang Goethe-Universität
in Frankfurt am Main
von Shirley Knauer
aus Fürth / Bayern
Frankfurt im Juni 2005
(DF1)Vom Fachbereich 14 (chemische und pharmazeutische Wissenschaften) der Johann
Wolfgang Goethe-Universität als Dissertation angenommen.
Dekan: Prof. Dr. Harald Schwalbe
Gutachter: Prof. Dr. Rolf Marschalek
PD Dr. Roland Stauber
Datum der Disputation:Der Zufall begünstigt nur den vorbereiteten Geist.
Louis Pasteur (1822-1895)
Für ClaudiaCONTENTS
I Contents
I CONTENTS..............................................................................................................I
1 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................................ 1
2 INTRODUCTION .......................................................................................................... 7
3 NUCLEO-CYTOPLASMIC TRANSPORT...................................................................... 8
3.1 Composition and structure of the nuclear pore complex........................................ 8
3.2 The Ran-GTPase cycle...................................................................................... 12
3.3 The protein family of karyopherins...................................................................... 14
3.4 Energetics of nucleo-cytoplasmic transport......................................................... 16
3.5 Mechanisms of translocation through the nuclear pore ....................................... 16
3.5.1 Import processes.................................................................................... 18
3.5.2 Export processes.................................................................................... 20
3.6 Regulation of nuclear transport........................................................................... 23
3.7 Functional implication of nucleo-cytoplasmic transport........................................ 26
3.7.1 RNA-transport ........................................................................................ 27
3.7.2 Transcriptional activation ........................................................................ 30
3.7.2.1. Homeodomain proteins.................................................. 30
3.7.2.2. The STAT family of transcription factors......................... 31
3.7.2.3. Nuclear factor-kB........................................................... 31
3.7.2.4. The Myc/Max/Mad network of transcription factors......... 32
3.7.2.5. The AP1 transcription factor........................................... 32
3.7.2.6. p53 and Mdm2 .............................................................. 33
3.7.3 Apoptosis ............................................................................................... 33
3.7.4 Cell cycle................................................................................................ 35
3.7.5. Cancer ................................................................................................... 39
3.8. Targeting nucleo-cytoplasmic transport as a potential therapeutic principle..........40
ICONTENTS
4 CELL-BASED ASSAY SYSTEMS .............................................................................. 42
5 SUMMARY OF PUBLICATIONS................................................................................. 45
5.1 Nuclear export is evolutionary conserved in CVC paired-like homeobox
proteins and influences protein stability, transcriptional activation and
extracellular secretion ........................................................................................ 46
5.2 Acetylation of STAT1 modulates NF-kB signaling ............................................... 48
5.3 Nuclear export is essential for the biological activity of survivin - Novel
aspects to target the survivin pathway in cancer ................................................. 49
5.4 Translocation biosensors to study signal specific nucleo-cytoplasmic
transport, protease activity & protein interactions................................................ 51
5.5 Development of an Autofluorescent Translocation Biosensor System to
Investigate Protein-Protein-Interactions in Living Cells........................................ 54
6 ACHIEVEMENTS OF THIS WORK AND OUTLOOK .................................................. 56
7 REFERENCES ........................................................................................................... 58
8 APPENDIX ................................................................................................................. 67
8.1 List of figures and tables .................................................................................... 67
8.2 Abbreviations and units ...................................................................................... 68
9 PUBLICATIONS ......................................................................................................... 72
10 CURRICULUM VITAE .............................................................................................. 197
11 EIDESSTATTLICHE VERSICHERUNG .................................................................... 201
12 DANKSAGUNG........................................................................................................ 203
IIZUSAMMENFASSUNG
1 Zusammenfassung
Ein Hauptmerkmal eukaryoter Zellen ist ihre räumliche wie funktionelle Unterteilung in den
Zellkern und das Zytoplasma. Im Gegensatz zu den Prokaryonten, die nur ein einziges
zelluläres Kompartiment besitzen, können somit eine Vielzahl zelluläre Prozesse besser
reguliert, und somit eine weitaus komplexere Ebene an intra- und interzellulärer
Kommunikation erreicht werden. Dies erfordert jedoch die Existenz eines hoch spezifischen
und effizienten Transportsystems, welches den Austausch von Makromolekülen zwischen
den beiden Kompartimenten vermittelt.
Ziel dieser Arbeit war es, die Bedeutung des Kern-Zytoplasma-Transports für die biologische
Funktion von Transkriptionsfaktoren sowie von Proteinen, welche am programmierten Zelltod
beteiligt sind, aufzuklären. Zusätzlich sollten zelluläre Testsysteme entwickelt werden, die
eine Identifizierung von molekularen Werkzeugen zur Interferenz mit dem Kern-Zytoplasma-
Transport von Proteinen erlauben.
Um essentielle biologische Prozesse wie die der Signaltransduktion, Transkription und
Translation zeitlich und räumlich effizient kontrollieren zu können, sind der Zellkern und das
Zytoplasma durch die Kernhülle voneinander getrennt. Der Substanzaustausch durch die
Kernhülle wird durch die kanalartigen, dynamischen Kernporenkomplexe vermittelt, welche
aus lektinbindenden Proteinen, den so genannten Nukleoporinen aufgebaut sind (Übersicht
in Pante, 2004). Es wird angenommen, daß neben Ionen und Metaboliten Makromoleküle bis
zu einem Molekulargewicht von 60 kDa die Kanäle der Kernporen einem
Konzentrationsgradienten folgend mittels freier Diffusion passieren können. Makromoleküle
von mehr als 60 kDa werden hauptsächlich mittels eines aktiven Transportprozesses
transportiert, welcher signalspezifisch und energieabhängig auch gegen ein
Konzentrationsgefälle erfolgen kann, wobei der Kernporenkomplex als selektiver Transporter
fungiert (Übersicht in Pemberton & Paschal, 2005). Der Transport wird durch
Transportrezeptoren vermittelt, die ihre Substrate über spezifische Sequenzmotive erkennen
und binden können, und selbst zwischen dem Zellkern und dem Zytoplasma wandern. Die
Nukleoporine dienen hierbei hauptsächlich als stationäre Phase, an denen die mit
Transportsubstraten beladenen Rezeptoren transient binden. Je nach Richtung der
Translokation wird bei den Erkennungssequenzen zwischen nukleären Importsignalen (NLS)
und nukleären Exportsignalen (NES) unterschieden. „Klassische“ NLSe bestehen aus einer
Anhäufung basischer Aminosäuren (zur Übersicht siehe Bednenko et al., 2003) und
vermitteln über die Bindung an die Transportrezeptoren Importin-α und -β den Kernimport.
Für eine Reihe von Transportsubstraten wird jedoch auch ein Kernimport direkt durch
1ZUSAMMENFASSUNG
Importin-β oder durch alternative Importrezeptoren diskutiert.
Im Gegensatz zum Kernimport ist der Kernexport molekular weniger gut verstanden. Die am
besten charakterisierten Kernexportsignale sind reich an hydrophoben Aminosäuren, wie
Leucin oder Isoleucin (zur Übersicht siehe Bednenko et al., 2003). Leucin-reiche NESe
vermitteln al