Überblick über das Zytoskelett

Das Zytoskelett ist ein Netzwerk von Proteinfilamenten, die in der Zelle vorhanden sind und aus drei verschiedenen Filamenten bestehen - Mikrofilamente, Mikrotubuli und Zwischenfilamente. Jeder hat charakteristische Merkmale, die ihn unterscheiden, einschließlich der Dynamik seines Auf- und Abbaus, der mechanischen Eigenschaften, der Polarität und der Art der damit verbundenen molekularen Motoren. Früher ging man davon aus, dass sie nur in eukaryotischen Zellen vorkommen; Ihre Homologe wurden jedoch schließlich in prokaryotischen Zellen gefunden. Studien an bakteriellen Homologen von Zytoskelettproteinen gehen von der Hypothese aus, dass das Zytoskelett aus Bakterien und Archaeen stammt.

Trotz der Verwendung des Wortes "Skelett" ist das Zytoskelett keine feste Struktur. Es handelt sich um eine dynamische und adaptive Struktur, die an verschiedenen zellulären Funktionen beteiligt ist. Diese Funktionen können grob kategorisiert werden als: i) Räumliche Organisation des zellulären Inhalts, ii) Verbindung der Zelle mit ihrer äußeren Umgebung sowohl physisch als auch biochemisch, iii) Erzeugung koordinierter Kräfte, die bei der Zellbewegung und der Veränderung der Zellform helfen. Obwohl diese Filamente in Netzwerken organisiert sind, die einer Verformung widerstehen, können sie als Reaktion auf äußere Signale oder Kräfte schnell reorganisiert werden.

Mikrofilamente oder filamentöses Aktin (F-Aktin) sind rechtsdrehende Spiralfilamente aus globulären Aktin (G-Aktin)-Monomeren. Dies sind polare Filamente, die auf die Polymerisationsrate an beiden Enden zurückzuführen sind. Diese Filamente dehnen sich stetig aus, um eine starke, anhaltende Kraft zu erzeugen, die für Änderungen der Motilität und Zellform erforderlich ist. Mikrotubuli sind hohle zylindrische Strukturen mit dreizehn Protofilamenten, die aus alpha-beta-Tubulin-Heterodimeren bestehen. Es ist bekannt, dass Mikrotubuli die komplexeste Auf- und Abbaudynamik aufweisen. Im Gegensatz zu Mikrofilamenten wechseln die Mikrotubuli schnell zwischen Polymerisation und Depolymerisation. Die Dynamik der Mikrotubuli wird durch eine Struktur reguliert, die als Mikrotubuli-Organisationszentren (MTOCs) bekannt ist. Die dritte Komponente, die Zwischenfilamente, sind lange faserige Proteine, die aus mehreren Untereinheiten bestehen, die durch mehrstufige Prozesse gebildet werden. Diese Filamente sind in der Regel statische Strukturen, deren Dynamik durch posttranslationale Modifikationen wie Phosphorylierung und Dephosphorylierung reguliert wird.