Intermediär-Filamente

Die Intermediär-Filamente sind neben Actin-Filamenten und Mikrotubuli die dritte Komponente des Cytoskeletts.

Intermediär-Filamente heißen deshalb so, weil ihr Durchmesser zwischen den kleineren Actin-Filamenten und den größeren Mikrotubuli liegt.

• Actin-Filamente: 6 nm
• Intermediär-Filamente: 10 nm
• Mikrotubuli: 20 bis 30 nm

Intermediär-Filamente kommen im Tierreich nur bei den Vertebraten, Nematoden und Mollusken vor, und dort hauptsächlich in Zellen, die großem mechanischem Stress ausgesetzt sind. Insekten und Spinnen beispielsweise besitzen keine Intermediär-Filamente; ihre Zellen werden durch ein Exoskelett vor mechanischem Stres geschützt ^[1].

Allgemein zeichnen sich Intermediär-Filamente durch eine hohe Zugfestigkeit aus, sie machen die Zellen gegen Dehnung widerstandsfähiger. Die Intermediär-Filamente sind auch sehr resistent gegen konzentrierte Salzlösungen und Detergenzien. Behandelt man Zellen mit solchen aggressiven Chemikalien, werden alle Zellbestandteile zerstört, nur die Intermediär-Filamente bleiben übrig ^[2].

Intermediär-Filamente sind nicht nur extrem widerstandsfähig, sondern sind auch die "variabelsten Komponenten des Cytoskeletts" ^[3]. Je nach Gewebetyp unterscheidet man bei Säugetieren vier Arten von Intermediär-Filamenten ^{[1, 3]}:

1. Keratin-Filamente (Monomere: Keratine vom Typ I und Typ II) kommen in der Epidermis vor, also in den obersten Schichten der Haut, aber auch in Haaren und Nägeln.
2. Neuro-Filamente (Monomere: NF-L, NF-M und NF-H) kommen in Nervenzellen vor, vor allem in den langen Axonen dieser Zellen.
3. Kernlamina (Monomer: Lamine A, B und C) kleiden die innere Membran der Kernhülle aus.
4. Vimentin-Filamente (Monomere: Vimentin, Desmin, Glia-Faserproteine, Peripherin) stabilisieren die Fibroblasten, Muskelfasern, Gliazellen und einige Nervenzellen.

Nach Alberts ^[1] stammen wohl alle Intermediär-Filamente von der Kernlamina ab. Die Lamine, die Monomere der Kernlamina, findet man nämlich in den meisten mehrzelligen Eukaryoten. Im Laufe der Evolution haben sich die Lamin-Gene mehrmals verdoppelt (Gen-Duplikation), und die nicht mehr dem so starken Selektionsdruck unterliegenden Kopien der Gene haben sich dann im Laufe der Zeit zu den Genen für die Monomere der anderen Intermediär-Filamente entwickelt. Beim Menschen gibt es jetzt gut 70 verschiedene Gene für die Bausteine von Intermediär-Filamenten ^[1] .

Aufbau eines Intermediär-Filaments

Die Monomore der Intermediär-Filamente sind langgestreckte Proteine, die in einer alpha-Helix-Konformation vorliegen. Zwei dieser Helices lagern sich dann zu einer Doppelhelix zusammen, also zu einem Dimer, und zwei dieser Doppel-Helices bilden wiederum eine Vierfach-Helix, also ein Tetramer. Interessant ist, dass es hier kein Vorder- und kein Hinterende gibt, also keine Polarität. Das eine Dimer hat sein NH₂-Ende auf der einen Seite, das zweite Dimer hat sein NH₂-Ende auf der anderen Seite der Vierfach-Helix ^[1,2].

Acht dieser Tetramere lagern sich nun zu einem aus 32 Helices bestehendem Baustein zusammen. Viele solcher Bausteine (je 32 Helices) langern sich hintereinander zusammen zu einem langen Filament.

Aufbau eines Intermediär-Filaments
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

Auf dieser Zeichnung habe ich einmal versucht, den schrittweisen Aufbau eines solchen Intermediär-Filaments darzustellen. Ganz links starten wir mit dem einfachen Protein-Baustein, der sich dann zu einer Doppelhelix zusammenlager, dann bildet sich eine Vierfach-Helix und schließlich der eigentliche Filament-Baustein aus acht solcher Vierfach-Helices. Viele dieser Bausteine setzen sich dann zu dem Filament zusammen. Ein starkes Seil ist ähnlich aufgebaut und hält auch Einiges an Zugkraft aus. Im Gegensatz zu einem einfachen Seil kann ein solches Intermediär-Filament aber bis auf das Dreifache seiner Länge gedehnt werden ^[1].