Aktin

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 14. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Aktin ist ein in allen eukaryontischen Zellen vorkommendes Strukturprotein. Es beteiligt sich am Aufbau des Zytoskeletts und der Muskulatur.

Was ist Aktin?

Aktin erfüllt wichtige Funktionen in den Zellen und Muskelfasern. Im Zytoplasma der Zelle bildet es als Bestandteil des Zytoskeletts ein dichtes, dreidimensionales Netzwerk, welches die zellulären Strukturen zusammenhält.
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Aktin ist ein entwicklungsgeschichtlich sehr altes Proteinmolekül. Als Strukturprotein ist es im Zytoplasma jeder eukaryontischen Zelle und im Sarkomer aller Muskelfasern enthalten.

Zusammen mit den Mikrotubuli und Intermediärfilamenten bildet es in Form von Aktinfilamenten das Zytoskelett jeder Zelle. Dabei ist es mitverantwortlich für die Ausbildung der Zellstruktur und die Bewegung von Molekülen und Zellorganellen innerhalb der Zelle. Das Gleiche gilt auch für den Zusammenhalt der Zellen über Tight Junctions oder Adherens Junctions. In den Muskelfasern erzeugt Aktin zusammen mit den Proteinen Myosin, Troponin und Tropomyosin die Muskelkontraktionen.

Aktin kann in die drei funktionellen Einheiten Alpha-Aktin, Beta-Aktin und Gamma-Aktin eingeteilt werden. Alpha-Aktin ist der strukturelle Bestandteil der Muskelfasern, während Beta- und Gamma-Aktin hauptsächlich im Zytoplasma der Zellen vorkommen. Aktin ist ein sehr konserviertes Protein, welches bereits mit sehr geringen Abweichungen in der Aminosäuresequenz in einzelligen eukaryontischen Zellen vorkommt. Beim Menschen bestehen 10 Prozent aller Proteinmoleküle in den Muskelzellen aus Aktin. Alle anderen Zellen enthalten immerhin noch 1 bis 5 Prozent dieses Moleküls im Zytoplasma.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

An bestimmten Stellen des Netzwerks verstärken sich die Strukturen zu Membranausbuchtungen wie Mikrovilli, Synapsen oder Pseudopodien. Für die Zellkontakte stehen die Adherens Junctions und Tight Junctions zur Verfügung. Insgesamt trägt Aktin so für die Stabilität und Form der Zellen und Gewebe bei. Neben der Stabilität sorgt Aktin auch für die Transportprozesse innerhalb der Zelle. Es bindet wichtige strukturell zusammengehörige Transmembranproteine fest, sodass diese in räumlicher Nähe bleiben. Mithilfe von Myosinen (Motorproteine) übernehmen die Aktinfasern auch Transporte über kurze Strecken.

So können die Vesikeln beispielsweise zur Membran transportiert werden. Längere Strecken werden von den Mikrotubuli unter Zuhilfenahme der Motorproteine Kinesin und Dynein übernommen. Des Weiteren sorgt Aktin auch für die Zellbeweglichkeit. Zellen müssen innerhalb des Körpers bei vielen Gelegenheiten migrieren können. Das gilt in besonderem Maße bei Immunreaktionen oder Wundheilungen sowie bei allgemeinen Bewegungen oder Formveränderungen von Zellen. Die Bewegungen können auf zwei unterschiedlichen Prozessen basieren. Zum einen kann die Bewegung durch eine gerichtete Polymerisationsreaktion und zum anderen über die Aktin-Myosin-Interaktion ausgelöst werden.

Bei der Aktin-Myosin-Interaktion sind die Aktinfasern als Fibrillenbündel aufgebaut, die mithilfe von Myosin wie Zugseile funktionieren. Durch Aktinfilamente können Zellauswüchse in Form von Scheinfüßchen (Filopodien und Lamellipodien) ausgebildet werden. Neben seinen vielfältigen Funktionen innerhalb der Zelle ist Aktin selbstverständlich für die Muskelkontraktion sowohl der Skelettmuskulatur als auch der glatten Muskulatur verantwortlich. Auch diese Bewegungen basieren auf der Aktin-Myosin-Interaktion. Um das zu gewährleisten, sind viele Aktinfilamente mit anderen Proteinen in sehr geordneter Weise verbunden.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Wie bereits erwähnt, kommt Aktin in allen eukaryontischen Organismen und Zellen vor. Es ist ein immanenter Bestandteil des Zytoplasmas und sorgt für die Stabilität der Zellen, die Verankerung von strukturell zusammengehörigen Proteinen, den Kurzstreckentransport von Vesikeln zur Zellmembran und für die Zellmotilität. Ohne Aktin wäre ein Überleben der Zelle nicht möglich. Es gibt sechs unterschiedliche Aktinvarianten, die in drei Alphavarianten, eine Betavariante und zwei Gammavarianten unterteilt werden.

Die Alpha-Aktine sind am Aufbau und der Kontraktion der Muskulatur beteiligt. Beta-Aktin und Gamma-1-Aktin besitzen große Bedeutung für das Zytoskelett im Zytoplasma. Gamma-2-Aktin ist wiederum für die glatte Muskulatur und die Darmmuskulatur zuständig. Bei der Synthese bildet sich zunächst monomeres globuläres Aktin, welches auch als G-Aktin bezeichnet wird. Die einzelnen monomeren Proteinmoleküle lagern sich wiederum unter Polymerisation zu einem filamentären F-Aktin zusammen.

Bei dem Polymerisationsvorgang verbinden sich mehrere kugelförmige Monomere zu einem langen fadenförmigen F-Aktin. Sowohl der Aufbau als auch der Abbau der Ketten verläuft sehr dynamisch ab. So kann das Aktingerüst schnell an die aktuellen Erfordernisse angepasst werden. Außerdem werden durch diesen Prozess auch die Zellbewegungen gewährleistet. Diese Reaktionen können durch sogenannte Zytoskelettinhibitoren gehemmt werden. Mit diesen Stoffen werden entweder Polymerisationen oder Depolymerisationen gehemmt. Sie haben im Rahmen einer Chemotherapie als Arzneimittel medizinische Bedeutung.

Krankheiten & Störungen

Aufgrund der Tatsache, dass Alpha-2-Aktin für die Aortamuskulatur verantwortlich ist, kann bei einer Mutation des ACTA2-Gens ein familiäres thorakales Aortenaneurysma auftreten. Das Gen ACTA2 codiert das Alpha-2-Aktin. Eine Mutation des Gens ACTC1 für das Kardial-Alpha-Aktin ruft eine dilatative Kardiomyopathie hervor. Des Weiteren kann eine Mutation von ACTB als Gen für das zytoplasmatische Beta-Aktin ein großzelliges und diffuses B-Zell Lymphom verursachen. Einige Autoimmunerkrankungen können erhöhte Konzentrationen an Aktinantikörpern aufweisen.

Insbesondere gilt dies für die autoimmunologisch bedingte Leberentzündung. Es handelt sich um eine chronisch verlaufende Hepatitis, welche langfristig zu einer Leberzirrhose führt. Hier wird ein Antikörper gegen Aktin der glatten Muskulatur gefunden. Differenzialdiagnostisch ist die Autoimmunhepatitis von einer chronischen Virushepatitis jedoch nicht so einfach abzugrenzen. Denn bei einer chronischen Virushepatitis können in geringerem Maße auch Antikörper gegen Aktin stimuliert werden.

Quellen

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