Anpassungsfähigkeit von Zytoskelett-Filamenten

Das Zytoskelett ist eine komplexe dynamische Struktur, die je nach zellulären Anforderungen unterschiedliche Funktionen ausführt. Die Anpassungsfähigkeit der einzelnen Filamente im Zytoskelett bestimmt ihre Fähigkeit, verschiedene Funktionen innerhalb der Zelle zu erfüllen. Sie können bei Prozessen wie der Zellteilung eine schnelle Reorganisation durchlaufen oder wie in der Interphase mehrere Stunden lang stabil bleiben. Die Anpassungsfähigkeit dieser Filamente hängt von strengen Regulierungsmechanismen ab. Die Mikrofilamente und Mikrotubuli der drei Zytoskelett-Filamente sind dynamisch, während die Intermediärfilamente als statisch gelten.

Mikrofilamente sind im gesamten Zellkörper vorhanden und können in verschiedenen Strukturen organisiert sein. Es wurden etwa 150 verschiedene Proteine in der Zelle identifiziert, die sich mit Aktinmonomeren oder -filamenten verbinden können, um deren Aufbau, Abbau, Stabilität und Netzwerkstruktur zu regulieren. Die Mikrofilamente unterstützen die Plasmamembran mechanisch, bestimmen die Zellform und helfen bei der Zellbewegung, indem sie Lamellipodien und Filopodien bilden. Ein Crosslinker-Protein reguliert die Bildung und Stabilisierung paralleler enger Bündel oder antiparalleler loser Bündel. Dabei ist die Kinetik dieser Interaktion auch für die Architektur des Netzwerks verantwortlich. Beispielsweise führt eine höhere Dissoziationsrate des Crosslinker-Proteins von den Aktinfilamenten zu einer Ausrichtung in gleichmäßigen Bündeln, wohingegen niedrige Dissoziationsraten zu einem zufällig angeordneten Netzwerk führen.

Die Mikrotubuli sind dynamische Zytoskelett-Filamente. Ihre Rolle bei der Zellteilung ist gut bekannt. Während der Zellteilung bilden die Zentriolen die Spindelfasern, die aus Mikrotubuli bestehen und die Schwesterchromatiden zu den gegenüberliegenden Polen ziehen. Mikrotubuli sind in Zilien und Flagellen reichlich vorhanden, wo Mikrotubuli mit Hilfe von Axonem-Dyneinen Bewegungs- und Sinnesanhänge wie Zilien und Flagellen bilden. In Pflanzenzellen bestimmen diese Zytoskelett-Filamente die Richtung der Zellwandbildung.

Es ist bekannt, dass Intermediärfilamente den Bestandteilen der Zellen mechanische Unterstützung bieten. Diese Filamente sind in der Kernhülle reichlich vorhanden und sorgen dort für die strukturelle Integrität der Membran. In migrierenden Zellen kommen neben Aktinfilamenten auch Keratinfasern als eine Art von Intermediärfilamenten vor. Die verschiedenen Arten von Intermediärfilamenten passen sich an unterschiedliche Funktionen innerhalb der Zelle an.