Actin

Actin je strukturální protein, který se nachází ve všech eukaryotických buňkách. Podílí se na struktuře cytoskeletu a svalů.

Co je aktin

Actin je evolučně velmi stará molekula proteinu. Jako strukturální protein je obsažen v cytoplazmě každé eukaryotické buňky a ve sarkomu všech svalových vláken.

Spolu s mikrotubuly a intermediárními filamenty tvoří cytoskelet každé buňky ve formě aktinových filamentů. Je společně odpovědný za tvorbu buněčné struktury a pohyb molekul a buněčných organel uvnitř buňky. Totéž platí pro soudržnost buněk prostřednictvím těsných spojení nebo spojení adherens. Ve svalových vláknech vytváří aktin společně s proteiny myosin, troponin a tropomyosin svalové kontrakce.

Aktin lze rozdělit na tři funkční jednotky alfa-aktin, beta-aktin a gama-aktin. Alfa-aktin je strukturální složkou svalových vláken, zatímco beta a gama-aktin se nacházejí hlavně v cytoplazmě buněk. Actin je velmi konzervovaný protein, který se vyskytuje v jednobuněčných eukaryotických buňkách s velmi malými odchylkami v aminokyselinové sekvenci. U lidí tvoří 10 procent všech proteinových molekul ve svalových buňkách aktin. Všechny ostatní buňky stále obsahují 1 až 5 procent této molekuly v cytoplazmě.

Funkce, efekt a úkoly

Actin plní důležité funkce v buňkách a svalových vláknech. V cytoplazmě buňky jako součást cytoskeletu tvoří hustou, trojrozměrnou síť, která drží buněčné struktury pohromadě.

V určitých bodech v síti se struktury zesilují tak, aby vytvořily membránové vyboulení, jako jsou mikrovilli, synapse nebo pseudopodie. Pro buněčné kontakty jsou k dispozici Adherens Junctions a Tight Junctions. Celkově aktin přispívá ke stabilitě a tvaru buněk a tkání. Kromě stability zajišťuje aktin také transportní procesy v buňce. Váže důležité strukturně příbuzné transmembránové proteiny, takže zůstávají v těsné blízkosti. S pomocí myosinů (motorických proteinů) provádějí aktinová vlákna také transport na krátké vzdálenosti.

Například vezikuly mohou být transportovány na membránu. Delší úseky jsou mikrotubuly převzaty pomocí motorických proteinů kinesinu a dyneinu. Actin také zajišťuje mobilitu buněk. Buňky musí být schopny migrovat uvnitř těla při mnoha příležitostech. To se týká zejména imunitních reakcí nebo hojení ran, jakož i obecných pohybů nebo změn tvaru buněk. Pohyby mohou být založeny na dvou různých procesech. Na jedné straně může být pohyb vyvolán řízenou polymerizační reakcí a na druhé straně interakcí aktin-myosin.

Při interakci aktin-myosin se aktinová vlákna vytvářejí jako svazky vláken, které fungují jako tahací lana pomocí myosinu. Aktinová vlákna mohou způsobit buněčný růst ve formě pseudopodie (filopodie a lamellipodie). Kromě různých funkcí v buňce je aktin samozřejmě zodpovědný za svalovou kontrakci kosterních svalů i hladkých svalů. Tyto pohyby jsou také založeny na interakci aktin-myosin. Aby se to zajistilo, mnoho aktinových vláken je spojeno s jinými proteiny velmi uspořádaným způsobem.

Vzdělávání, výskyt, vlastnosti a optimální hodnoty

Jak již bylo zmíněno, aktin se nachází ve všech eukaryotických organismech a buňkách. Je nedílnou součástí cytoplazmy a zajišťuje stabilitu buněk, ukotvení strukturně příbuzných proteinů, transport vezikul na krátkou vzdálenost do buněčné membrány a pohyblivost buněk. Bez aktinu by buňka nemohla přežít. Existuje šest různých aktinových variant, které jsou rozděleny do tří alfa variant, jedna beta varianta a dvě gama varianty.

Alfa aktiny se podílejí na vývoji a kontrakci svalů. Beta-aktin a gama-1-aktin jsou velmi důležité pro cytoskelet v cytoplazmě. Gama-2-aktin je zase zodpovědný za hladké svaly a střevní svaly. Během syntézy se zpočátku tvoří monomerní globulární aktin, který je také známý jako G-aktin. Jednotlivé molekuly monomerních proteinů zase polymerizují za vzniku vláknitého F-aktinu.

Během polymeračního procesu se několik sférických monomerů spojí a vytvoří dlouhý vláknitý F-aktin. Konstrukce i členění řetězů jsou velmi dynamické. Tímto způsobem lze aktinový rámec rychle přizpůsobit současným požadavkům. Navíc tento proces také zajišťuje pohyb buněk. Tyto reakce mohou být inhibovány tzv. Cytoskeletálními inhibitory. U těchto látek je inhibována polymerace nebo depolymerace. V souvislosti s chemoterapií mají lékařský význam jako léčivé přípravky.

Nemoci a poruchy

Protože aktin je nezbytnou součástí všech buněk, vede mnoho strukturálních změn způsobených mutacemi ke smrti organismu. Mutace v genech pro alfa aktiny mohou způsobit poruchy svalů. To platí zejména pro alfa-1-aktin.

Vzhledem k tomu, že za aortální svaly je zodpovědný alfa-2-aktin, může dojít k mutaci genu pro ACTA2 familiární hrudní aortální aneuryzma. Gen ACTA2 kóduje alfa-2-aktin. Mutace v genu ACTC1 pro srdeční alfa aktin způsobuje dilatační kardiomyopatii. Kromě toho mutace ACTB jako genu pro cytoplazmatický beta-aktin může způsobit velkobuněčný a difúzní lymfom B-buněk. Některá autoimunitní onemocnění mohou mít zvýšené hladiny aktinových protilátek.

To se týká zejména autoimunitního zánětu jater. Jde o chronický průběh hepatitidy, který dlouhodobě vede k cirhóze jater. Zde je nalezena protilátka proti aktinu hladkého svalstva. Pokud jde o diferenciální diagnostiku, není autoimunitní hepatitida tak snadno odlišitelná od chronické virové hepatitidy. Protože u chronické virové hepatitidy mohou být protilátky proti aktinu v menší míře stimulovány.