Wenn sich eine Zelle ausbreitet oder ihre Form ändert, um sich an ihre Umgebung anzupassen, ändert sich die Transportrate von Proteinen zwischen Zellkern und Zytoplasma. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass diese Änderung durch eine Veränderung der Größe der Poren der Kernhülle verursacht wird. Neuere Forschungsergebnisse haben jedoch eine andere Erklärung gefunden.
Forscher bei Sanford Research und der Texas A&M University haben entdeckt, dass Zellmodulation und Zellausbreitung die Geschwindigkeit des nukleozytoplasmatischen Transports (NCT) indirekt beeinflussen, indem sie die Verfügbarkeit von Guanosintriphosphat (GTP) verändern, einem Molekül, das zur Kontrolle der Enzyme verwendet wird, die den NCT regulieren.
Die Forschung wurde publiziert im Zeitschrift für Zellbiologie.
„Wir entschlüsseln die bislang verborgenen Geheimnisse der Zellfunktion“, sagte Dr. Tanmay Lele, Co-Autor und Unocal-Professor in den Abteilungen für Biomedizintechnik und Chemieingenieurwesen bei Texas A&M.
Forscher haben erstmals dokumentiert, dass die Form der Zellen den GTP-Spiegel verändert, was wiederum die Protein- und RNA-Transportrate zwischen Zellkern und Zytoplasma beeinflusst.
„Wir haben festgestellt, dass Bedingungen, die die Zellausbreitung fördern, den Transport verlangsamen, während Bedingungen, die die Zellrundung fördern, die Transportgeschwindigkeit beschleunigen“, sagte Lele.
Während eine veränderte NCT-Rate für die Regulierung normal ist, kann eine übermäßige Störung die Zellfunktion beeinträchtigen und Prozesse wie die Genexpression und Proteinsynthese beeinflussen, wobei die genauen Auswirkungen noch unbekannt sind.
„Unsere Entdeckung, dass die NCT-Raten durch natürlich auftretende Schwankungen in der Verfügbarkeit von GTP reguliert werden, lässt darauf schließen, dass alle Bedingungen, die die zelluläre Bioenergetik verändern, wie etwa Krebs, auch die Rate dieses Transports verändern können und auf eine Rolle in der Krankheitspathologie hinweisen, die therapeutisch angegangen werden könnte“, sagte Lele.
Laut Lele baut diese Forschung auf einer Entdeckung von Dr. Kyle Roux, Wissenschaftler in der Enabling Technologies Group bei Sanford Research, auf, dass sich durch die Veränderung zellulärer Kräfte die NCT-Rate ändert, und auf Leles Interesse daran, wie Zellen mechanische Eingaben wahrnehmen und darauf reagieren. Zu Leles nächsten Schritten gehört die weitere Erforschung, wie die Zellform Zellprozesse beeinflusst.
„Inwieweit beeinflusst dieser Mechanismus wichtige zelluläre Prozesse wie Proliferation oder Differenzierung? Inwieweit werden sie bei Krebs oder anderen menschlichen Krankheiten verändert?“, fragt er. „Die große Aufgabe besteht nun darin, die biologischen Auswirkungen des zellformregulierten Transports vollständig zu verstehen.“
Mehr Informationen:
Kelsey L. Scott et al., Nukleozytoplasmatische Transportraten werden durch zelluläre Prozesse reguliert, die die GTP-Verfügbarkeit modulieren, Zeitschrift für Zellbiologie (2024). DOI: 10.1083/jcb.202308152