Kernemembranen (eller kernehinde) er den membran, der ligger inde i en celle omkring kernen. Den omslutter det genetiske materiale (kromosomer og DNA) og indeholder strukturer som nukleolus. Kernemembranen består af et dobbelt lag og er tæt forbundet med andre membraner i cellen, især det endoplasmatiske retikulum, som den ydre membran er kontinuerlig med.

Struktur

Kernemembranen er en dobbelt lipidbilayerd membran bestående af en indre og en ydre membran med et smalt mellemlag imellem, ofte kaldet det perinukleære rum. På den indvendige flade findes et netværk af intermediate filamenter kaldet den nukleære lamina, dannet hovedsageligt af proteinerne laminer. Den nukleære lamina giver mekanisk støtte, hjælper med at organisere kromatin og spiller en rolle i genregulering.

Ydre kernemembran er kontinuerlig med endoplasmatiske retikulum, hvilket betyder, at membranlipider og nogle proteiner let kan udveksles mellem disse strukturer. Via såkaldte LINC-komplekser (linker of nucleoskeleton and cytoskeleton) forbindes kernemembranen også fysisk til cytoskelettet, så cellens mekaniske kræfter kan overføres til kernen.

Kerneporer og transport

Kernemembranen har tusindvis af kerneporer. Det er store hule proteiner på ca. 100 nm i diameter med en indre kanal på ca. 40 nm i bredden. Hver kerneporer danner en kompleks struktur (nukleoporinkomplekset, NPC) af mange forskellige proteiner (nucleoporiner) og regulerer al trafik mellem cytoplasma og nukleus.

Transport gennem kerneporerne kan være enten passiv eller aktiv:

  • Små molekyler og ioner kan diffundere passivt gennem porerne.
  • Større proteiner, ribosomale subenheder og RNA-molekyler transporteres selektivt ved hjælp af transportreceptorer (f.eks. importiner og eksportiner) og signaler som nukleære lokalisationssignaler (NLS). Retningen og energistyringen af transporten kontrolleres bl.a. af GTPase‑proteinet Ran.

Funktioner

Kernemembranen har flere centrale funktioner:

  • Afgrænsning og beskyttelse af cellens genetiske materiale mod skadestoffer i cytoplasma.
  • Regulering af molekylær trafik mellem kernens indre og cytoplasma via kerneporer, så transkriptionelle produkter (mRNA), ribosomale subenheder og kernesyrer kan blive korrekt transporteret.
  • Organisation af kromatin og indflydelse på genudtryk, bl.a. gennem laminaassocierede domæner (LADs), hvor visse regioner af kromatin bindes til den indre membran og ofte er transkriptionelt inaktive.
  • Mekanisk støtte og formgivning af kernen gennem den nukleære lamina og forbindelser til cytoskelettet.

Cellecyklus og sygdomme

Under celledeling nedbrydes kernemembranen i mange flercellede organismer for at give mulighed for mitose (åben mitose). Nedbrydningen begynder i profasen/prometafasen, og membranen genopbygges omkring datterkromosomerne i telofasen. Nogle organismer, fx visse svampe, gennemfører derimod en såkaldt lukket mitose, hvor kernemembranen forbliver intakt.

Defekter i komponenter af kernemembranen kan føre til sygdomme. Mutationer i laminer kan give anledning til såkaldte laminopatier, der omfatter muskelsvind, fedme, hjerteproblemer og præmatur aldringstilstande som Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Fejl i kerneporernes funktion kan påvirke transport og dermed cellefunktion og udvikling.

Opsummering

Kernemembranen er en kompleks, dobbelt lipidmembran, som adskiller og beskytter cellekernen, organiserer kromatin, regulerer transport via kerneporer og forbinder kernen med resten af cellen. Dens struktur og dynamik er centrale for normale cellulære processer og for korrekt gennemførelse af celledeling.