Angesichts des Mangels an ATP aus Mitochondrien kann der Zellkern seine eigenen Mechanismen für die Synthese dieser Moleküle starten.
Spanische Biologen haben wichtige Details zur Funktionsweise dieser "alternativen Energiequelle" identifiziert und ihre wichtigsten Proteine identifiziert. Dies wird in einem Artikel beschrieben, der von der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde.
Die Gesamtlänge der DNA in jeder Zelle des menschlichen Körpers beträgt ungefähr 2 m, und es ist unmöglich, sie ohne eine komplexe und dichte Packung im Kern zu platzieren. Gleichzeitig erfordern viele DNA-bezogene Prozesse, einschließlich Replikation, Reparatur und Regulation der Genaktivität, das "Auspacken" von Chromatin und die Wirkung von Proteinen, die Energie in Form von ATP-Molekülen verbrauchen. ATP wird von Mitochondrien synthetisiert (seltener und in geringen Mengen werden sie bei Glykolyse-Reaktionen im Zytoplasma gebildet).
Bei einer massiven Umlagerung von Chromatin tritt jedoch das Problem auf, die erforderlichen Mengen an ATP in den Kern abzugeben. Vor mehr als einem halben Jahrhundert wurde daher angenommen, dass der Kern seine eigenen Mechanismen für die Synthese von ATP-Molekülen besitzt. Dies wurde auch durch neue Arbeiten spanischer Biologen unter der Leitung von Miguel Beato vom Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) demonstriert.
Die Autoren experimentierten mit einer Kultur von Brusttumorzellen. Sie maßen das Verhältnis von ATP zu ADP ("gebrauchte" Energieträgermoleküle) in verschiedenen Teilen der Zelle: in den Mitochondrien, im Cytosol und im Zellkern. Durch die Blockierung der ATP-Produktion in den Mitochondrien haben Wissenschaftler gezeigt, dass der Kern die angesammelten ATP-Reserven schnell erschöpft. Unter den Bedingungen einer ernsthaften Umlagerung des Chromatins (unter Zusatz eines Gestagens, das tiefgreifende Veränderungen des Zellstoffwechsels stimuliert) stieg der ATP-Gehalt im Zellkern jedoch weiter an, obwohl die Mitochondrien ihre Versorgung nicht mehr auffüllten.
Die ATP-Quelle im Kern ist Poly- (ADP-Ribose) (Poly- (ADP-Ribose), PAR), die hier insbesondere zur Regulierung der Aktivität einzelner Enzyme verwendet wird. Die PARG-Hydrolyse zu einzelnen Monomeren wird durch das PARG-Protein durchgeführt. In Gegenwart von Pyrophosphaten katalysiert die NUDIX5-Hydrolase ihre Umwandlung in ATP. Miguel Beato und Kollegen zeigten, dass die Hemmung eines dieser Proteine die Akkumulation von ATP in den Zellkernen verhindert, selbst in den mit Gestagen behandelten, und zu einer starken Verlangsamung der Prozesse führt, die eine Chromatin-Umlagerung erfordern.
Gleichzeitig stellten die Autoren fest, dass beide Enzyme eine erhöhte Aktivität in Krebszellen aufweisen. Dies legt nahe, dass in einem Tumor auftretende Genomumlagerungen eine aktive ATP-Synthese innerhalb der Zellkerne erfordern, und macht NUDIX5 zu einem vielversprechenden Ziel für die Entwicklung neuer Krebsmedikamente.
Roman Fishman
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