Charakterisierung des Kerntransportsystems von Linker-Histonen

Abstract

Histone sind basische, im Zellkern eukaryontischer Zellen lokalisierte Proteine, die für die Bildung des Chromatins verantwortlich sind. Sie lassen sich in fünf Proteinklassen einteilen, den argininreichen H3- und H4-Histonen, den lysinreichen H2A- und H2B-Histonen und den sehr lysinreichen H1-Histonen. Ein Proteinoktamer der sogenannten Core-Histone H2A, H2B, H3 und H4 bildet mit DNA den Kern des Nucleosoms. Die Nucleosomen sind über Linker-DNA miteinander verbunden, an der Ein- und Austrittsstelle der DNA-Doppelhelix an den nucleosomalen Core-Partikeln ist ausserdem ein H1-Histon ( Linker-Histon ) assoziiert. Von H1-Histonen sind 7 Subtypen (H1.1-H1.5, H1t und H1°) bekannt, von denen H1° eine Sonderstellung einnimmt, da es als Replacementvariante die anderen Subtypen in bestimmten Differenzierungsstadien unterschiedlicher Zelltypen ersetzen kann.Nach ihrer Synthese im Cytoplasma werden die H1 Histone durch einen rezeptorvermittelten Prozeß in den Zellkern transportiert.! In dieser Arbeit wurde der Transportweg der H1-Histone vom Cytoplasma in den Kern näher charakterisiert. Es wurden mehrere Kernlokalisierungssignale (NLS) in H1-Histonen identifiziert. H1 enthält wenigstens zwei verschiedene Typen von NLS, die sich beide von dem klassischen NLS-Typ unterscheiden. Der NLS-Typ 1 entspricht der wenig strukturierten, hoch-basischen C-terminalen Domäne. Der NLS-Typ 2 wird von der zentralen globulären Domäne, die eine definierte Sekundärstruktur besitzt, gebildet. Der Transport der H1-Histone vom Cytoplasma in den Kern wird durch Importin beta in Assoziation mit Importin 7 vermittelt. In dieser Arbeit konnte in in vitro Import-Assays mit permeabilisierten Eukaryontenzellen gezeigt werden, dass neben dem Importin 7/beta-Heterodimer keine weiteren funktionellen Importrezeptoren für die H1-Linker Histone existieren. Die Mechanismen für den Kernimport des NLS-Typ 1 und des NLS-Typ 2 wurden analysiert. In Rekonstitutionsexperimenten wurde nachgewiesen, ! dass der NLS-Typ 2 in einem temperatur- und energieabhängigen Prozess aktiv von Importin beta in den Zellkern transportiert wird. Im Gegensatz dazu wurde die dem NLS-Typ 1 entsprechende C-terminale Domäne analog den ganzen H1-Histonen - nur in Gegenwart von Importin beta und Importin 7 in den Zellkern transportiert. Einzelne Importine zeigten in Bezug auf diese hoch basische Domäne keine nachweisbare Importaktivität. Interessanterweise konnten in den in in vitro Assays jedoch kleinere Fragmente der C-terminale Domäne von H1° durch wenigstens vier unterschiedliche Importine importiert werden.