Bypassing of path-blocking proteins on microtubules in kinesin-mediated cargo transport

Dreblow, Kerstin GND

Kinesine sind mikrotubulus-assoziierte Motorproteine, die die chemische Energie von Adenosintriphosphat (ATP) in Bewegungsenergie umwandeln um intrazelluläre Transportprozesse zu unterstützen. Es wird allgemein akzeptiert, dass die Kinesinbewegung entlang eines einzelnen Protofilaments der thermodynamisch bevorzugte Transportmechanismus ist. Der Kinesin-vermittelte Transport in intrazellulärer Matrix unterliegt komplexen Mechanismen, bei der eine Vielzahl von assoziierten Zellbestandteilen oder andere Proteine mit den Motorproteinen interagieren können und deren Bindung auf der Mikrotubulusoberfläche limitieren. Letztendlich kann dies zum Erliegen der Transportprozesse führen. Die vorliegende Dissertation beschreibt den Transport von Kinesin-komplexierten Goldkugeln entlang immobilisierter Mikrotubuli, an deren Oberfläche Blockproteine, die mit dem Transporterprotein um Bindungsplätze konkurrieren, irreversibel gebunden wurden. Um exakt die Bindungsstelle des transportierenden Kinesins auf dem Mikrotubulus zu blockieren, wurden Kinesin-Konstrukte verschiedener Längen als Hindernis gewählt. In Gegenwart der Proteinblockaden wurde beobachtet, dass das Kinesin sich nicht kontinuierlich wie bei den entsprechenden Kontrollversuchen bewegt, sondern dass sich Phasen des aktiven Transports mit Ruhephasen abwechseln. In der Regel wurde nach Ruhepausen der Transport fortgesetzt, ohne dass sich das Kinesin vom Mikrotubulus ablöste. Dieses Verhalten deutet darauf hin, dass das transportierende Kinesin in Gegenwart von irreversibel gebundenen Hindernissen in der Lage ist, diese zu umgehen. Zur Erklärung dieses Verhaltens wurde ein Bypassing-Mechanismus postuliert, der davon ausgeht, dass der Transporter auf ein benachbartes Protofilament des Mikrotubulus wechselt und dort die Bewegung fortsetzt. Die Fähigkeit des Kinesins, Blockaden zu umgehen, kann als ein grundlegender Mechanismus angesehen werden, bei der die Spurtreue molekularer Motoren garantiert werden kann.

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Dreblow, Kerstin: Bypassing of path-blocking proteins on microtubules in kinesin-mediated cargo transport. 2009.

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