Nuclear Pore Behaviour in Interphase and "Open" Mitosis of Ustilago maydis

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem dynamischen Verhalten von Kernporen in Interphase und „offener“ Mitose des maispathogenen Pilzes Ustilago maydis. Um einen Marker für Kernporen zu etablieren, werden in einer bioinformatischen Analyse Proteine identifiziert, die als Nucleoporine an der Kernpore lokalisieren könnten. Fünf davon werden mit GFP versehen, und ihre Lokalisation wird in Interphasezellkernen und in Mitose lichtmikroskopisch untersucht. Eines dieser Proteine, Nup107, wird weitergehend charakterisiert. Versuche mit Mutanten zeige, dass Nup107 U. maydis essentiell ist. Verringerung von Nup107 in den Zellen führt zu einer Akkumulation von Kernporen in einem Punkt der Kernhülle. Die erste Beobachtung zeigt, dass sich Kernporen in der Kernhülle bewegen. Dieses Verhalten wurde in Studien in Bäckerhefe beobachtet, aber weder der Mechnismus noch die biologische Bedeutung wurden näher untersucht, da Diffusion als Ursache angenommen wurde. Die Ergebnisse an U. maydis Interphasezellkernen dagegen zeigen gerichtete Bewegung in zwei Bewegungsmustern. Beide sind energie-abhängig. Der erste, schnellere Bewegungstyp ist abhängig vom Mikrotubuli-Zytoskelett. Die MINUS gerichtete Bewegung benötigt Dynein. Der zweite, langsamere Bewegungstyp hängt mit Transkription zusammen, aber lässt sich nicht unmittelbar mit Bewegung von Chromatin korrelieren. FRAP Experimente belegen, dass Typ 1 Bewegung Kernporen gleichmäßig auf der Kernoberfläche verteilt. Die Verteilung der Kernporen beeinflusst die Effizienz der Expression eines Reporter-Proteins von einem induzierbaren Promoter. Die Beobachtung fünf GFP-markierter Nucleoporine, die in unterschiedlichen Bereichen der Kernpore lokalisieren, in Mitose zeigt, dass Kernporen in Prophase großenteils noch vollständig sind. Die Kernporen besitzen die Tendenz, an der Spitze der in Prophase verlängerten Kernhülle zu akkumulieren, jedoch kann diese Bewegung nach vorne nicht unmittelbar mit der Wanderung der Chromosomen in die Knospe in Zusammenhang gebracht werden. Am Ende der Prophase zerfallen die Kernporen in Untereinheiten, die während der Mitose unterschiedlich lokalisieren. Die Nup107-160 Untereinheit assoziiert mit Chromatin in Metaphase. Vollständiger Abbau der Kernhülle ist weder für das Zerfallen der Kernporen noch für die Assoziation mit DNA nötig. Im Gegensatz zu Vertebraten-Modellsystemen ko-lokalisiert Nup107-160 in U. maydis nicht mit Kinetochoren. In Anaphase verändert Nup107-160 seine Position zu den Außenseiten der Chromatinmassen hin. In Telophase werden die Kernporen in einer bestimmten Abfolge von Nucleoporinuntereinheiten wiederaufgebaut, und Kernimport beginnt, wenn alle untersuchtenNucleoporine an der Kernhülle verankert sind. Das Zytoskelett scheint im Prozess des Wiederaufbaus der Kernhülle involviert zu sein, auch wenn die genaue Aufgabe noch unklar bleibt. Die vorliegende Arbeit eröffnet eine neue Sicht auf die Rolle der Kernporen im Informationstransfer von der DNA zur Proteinexpression. Daneben legt die Beobachtung des Zerfalls und Wiederaufbaus der Kernporen in Mitose einen älteren Ursprung der offenen Mitose als bisher angenommen nahe.