Tierische und pflanzliche Zellen bauen während der Mitose ihren Kern ab, so dass die mitotischen Chromosomen durch die mitotische Spindel segregiert werden können. Verlust der Kernhüllenbarriere führt zu einer Vermischung von Kern- und Zytoplasmabestandteilen und setzt die Chromosomen einer Fülle von zytoplasmatischen Makromolekülen aus. Am Ende der Mitose werden die Kern- und Zytoplasma-Kompartimente wiederhergestellt, und Makromoleküle mit einem Durchmesser von bis zu 40 nm werden durch die Kernporen wieder in ihre vorgesehenen Kompartimente transportiert. Wie die Komponenten, die größer als die Größengrenze der Kernporen sind, am Ende der Mitose aus dem Zellkern transportiert werden, ist unklar. Mit Hilfe von fluoreszierenden Nanopartikeln und Ribosomen zeigen wir, dass die Masse großer zytoplasmatischer Komponenten aus dem neu zusammensetzenden Kern entfernt wird, indem die Chromosomen vor dem Zusammenbau der Kernhülle zu einem dichten Cluster zusammenkommen. Die Chromosomenclusterung wird durch das Chromosomenperipherieprotein Ki-67 reguliert, dessen molekulare Bürsten sich am Ende der Mitose reorganisieren. Durch Manipulation der elektrischen Ladung verschiedener zytoplasmatischer Sonden zeigen wir ausserdem, dass elektrostatische Wechselwirkungen ein wichtiger Regulator der zytoplasmatischen Partitionierung relativ zu kompakten mitotischen Chromosomen während der offenen Mitose sind. Neben dem Ausschluss von zytoplasmatischen Komponenten während des Kernaufgbus spielt die elektrostatische Abstoßung von löslichen Tubulin-Dimeren zum Ausschluss von Mikrotubuli aus chromosomalen Regionen bei, was für die korrekte Chromosomensegregation wichtig ist. Zusammengenommen liefert unsere Studie Erkenntnisse darüber, wie Chromosomen das Zytoplasma am rechten Ort in der Zelle halten während und nach der offenen Mitose.

Cells of animals and plants disassemble their nucleus during mitosis such that mitotic chromosomes can be segregated by the mitotic spindle. The loss of a nuclear envelope barrier leads to intermixing of nuclear and cytoplasmic components and exposes chromosomes to a plethora of cytoplasmic macromolecules. At the end of mitosis, nuclear and cytoplasmic compartments are reestablished, and macromolecules of up to 40 nm diameter are retargeted to their designated compartments via transport through the nuclear pores. How components larger than the size limit of nuclear pores are moved out of the nucleus at the end of mitosis is unclear. By imaging fluorescent nanoparticles and mature ribosomes, we demonstrate that the bulk mass of large cytoplasmic components is removed from the reassembling nucleus by coalescence of chromosomes to a dense cluster prior to nuclear envelope assembly. We found that chromosome clustering is regulated by a chromosome periphery protein Ki-67, whose molecular brushes reorganize during mitotic exit. By manipulating electrical charge of various cytoplasmic probes, we further show that electrostatic interactions are a key regulator of cytoplasmic exclusion from compact mitotic chromosomes. Besides a role in removing cytoplasm during nuclear assembly, the exclusion of negatively charged cytoplasmic components also helps keeping tubulin dimers out of mitotic chromosomes to warrant their faithful segregation. Taken together, our study provides insights on how chromosomes keep cytoplasmic components at their proper locations during and after open mitosis.