Aktinfilamente und der Zellkortex

Aktinfilamente sind dynamische Polymere, die ein Netzwerk unterhalb der Plasmamembran, den Zellkortex, bilden, der die Zelloberfläche formt und Bewegungen antreibt.

Definition

Aktinfilamente sind helikale Polymere des Proteins Aktin, die zusammen mit regulatorischen und Motorproteinen den Zellkortex und andere Strukturen bilden, die die Zellform und -bewegung steuern.

Scope

Dieses Thema behandelt die Struktur und Polarität von Aktinfilamenten, ihre Nukleation und Dynamik der Assemblierung, die vielen Proteine, die sie regulieren, die Organisation des aktinreichen Zellkortex und die Rolle von Aktin bei Protrusionen, Adhäsion und Zellform.

Core questions

• Wie assemblieren Aktinmonomere zu polaren Filamenten?
• Was reguliert, wo und wann Aktinfilamente wachsen?
• Wie ist der Zellkortex unter der Membran organisiert?
• Wie treibt Aktin Protrusionen wie Lamellipodien und Filopodien an?

Key theories

Aktin-Assemblierung und Treadmilling

Aktinfilamente sind polar und wachsen an einem Ende schneller als am anderen, was Treadmilling und eine regulierte Assemblierung ermöglicht, die zusammen mit Nukleatoren und Capping-Proteinen Schubkräfte am Zellrand erzeugt.

Mechanisms

Aktinmonomere polymerisieren zu polaren Filamenten mit einem schnell wachsenden Plus-Ende und einem langsameren Minus-Ende, wobei gebundenes ATP nach der Inkorporation hydrolysiert wird. Nukleatoren wie der Arp2/3-Komplex und Formine initiieren Filamente, während Capping-, Severing- und Crosslinking-Proteine das Netzwerk formen. Unterhalb der Plasmamembran steuert ein dichtes kortikales Aktin-Netzwerk die Oberflächenmechanik; lokalisierte Assemblierung drückt blattartige Lamellipodien und stachelartige Filopodien heraus und treibt die Zellkriechbewegung und Formänderung an.

Clinical relevance

Der Aktinkortex steuert die Zellform, die Oberflächendynamik und das Kriechen und ist zentral für das Verständnis der Zellmechanik und -migration. Die hier gegebene Darstellung ist deskriptiv und nicht präskriptiv.

History

Detaillierte biochemische und mikroskopische Studien im späten zwanzigsten und frühen einundzwanzigsten Jahrhundert, einschließlich der Arbeiten von Pollard und Borisy, haben etabliert, wie Aktin polymerisiert und wie Nukleatoren und Regulatoren das dynamische kortikale Netzwerk aufbauen, das die Motilität antreibt.

Key figures

• Thomas Pollard
• Gary Borisy
• Marie-France Carlier

Seminal works

• pollard2003
• alberts2014

Frequently asked questions

Was ist der Zellkortex?

Es ist die dichte Schicht aus Aktinfilamenten und assoziierten Proteinen direkt unterhalb der Plasmamembran, die die Form und die mechanischen Eigenschaften der Zelloberfläche steuert.

Wie drückt Aktin die Zellmembran nach außen?

Neue Aktin-Untereinheiten lagern sich an die Filamentenden an, die zur Membran zeigen, und die wachsenden Filamente drücken gegen diese, um Protrusionen wie Lamellipodien und Filopodien zu bilden.