Viele biologische Prozesse, die mit der Zellform und -bewegung zusammenhängen, hängen von Aktinfilamenten ab (Übersicht in ). Einige Schlüsselfunktionen sind:
- Bildung des dynamischen Zytoskeletts, das den Zellen strukturellen Halt gibt und das Innere der Zelle mit ihrer Umgebung verbindet. Kräfte, die auf das Aktin-Zytoskelett wirken, werden durch Signalwege übersetzt und weitergeleitet, um Informationen über die äußere Umgebung zu übermitteln.
- Zur Ermöglichung der Zellmotilität. Zum Beispiel durch die Bildung und Funktion von Filopodien oder Lamellipodien.
- Während der Mitose werden intrazelluläre Organellen durch Motorproteine entlang von Aktinkabeln zu den Tochterzellen transportiert.
- In Muskelzellen werden Aktinfilamente ausgerichtet und Myosinproteine erzeugen Kräfte an den Filamenten, um die Muskelkontraktion zu unterstützen. Diese Komplexe werden als „dünne Filamente“ bezeichnet.
- In Nicht-Muskelzellen bilden die Aktinfilamente ein Schienensystem für den Transport von Gütern, das von nicht-konventionellen Myosinen wie Myosin V und VI angetrieben wird. Nicht-konventionelle Myosine nutzen die Energie aus der ATP-Hydrolyse, um Ladung (wie Vesikel und Organellen) viel schneller als durch Diffusion zu transportieren.
Dünnes Filament
TM bindet sich an die Seite benachbarter Aktin-Untereinheiten entlang der Furche der Helix, um das Aktinfilament zu stabilisieren und zu versteifen. TM hindert auch andere Proteine am Zugang zum Filament; diese Hemmung ist für die Regulierung der Muskelkontraktion von wesentlicher Bedeutung. TN steuert die Positionierung von TM entlang der Nut des Aktinfilaments.
In bestimmten Fällen werden Aktinfilamente mit akzessorischen Proteinen zu kontraktilen Strukturen höherer Ordnung wie Stressfasern (Nichtmuskelzellen) oder kontraktilen Bündeln (Muskelzellen) zusammengefügt und durch diese stabilisiert. Die dynamische Assoziation von Tropomyosin und Troponin mit Aktinfilamenten stabilisiert das Aktinfilament (zusammenfassend als „dünnes Filament“ bezeichnet) und macht es in verschiedenen Zusammenhängen funktionsfähig.
Ein einzelnes Tropomyosin bindet an die Seite benachbarter Aktinuntereinheiten und erstreckt sich über etwa sieben Aktinmonomere. Die End-zu-End-Bindung von Tropomyosinen erzeugt einen kontinuierlichen Strang von Tropomyosin-Polymeren entlang der Nut der Aktin-Helix, der ihre kooperative Bewegung ermöglicht. Tropomyosin-Isoformen stabilisieren Aktinfilamente und besetzen dieselben Bindungsstellen auf Aktin, die von bekannten Regulatoren von Aktinfilamenten (z. B. ADF/Cofilin) genutzt werden (Übersicht in ).
Fokus auf die kontraktile Maschinerie
Troponin, ein Drei-Peptid-Komplex, fängt vermutlich Tropomyosin in einer kalziumabhängigen Weise an einer Position ein, die die Myosinbündel am Zugang zu den Aktinfilamenten hindert; die Kalziumbindung an Troponin ermöglicht eine Konformationsumstrukturierung von Tropomyosin, die die Myosinbindungsstellen an den dünnen Filamenten freilegt. Die anschließende Bindung der dicken Myosinfilamente verstärkt die Bewegung von Tropomyosin weg vom Aktinfilament und die vollständige Freilegung der Myosinbindungsstellen. Die Kontrolle der Bindung von Tropomyosin an die dicken Myosinfilamente kann jedoch unabhängig vom Vorhandensein von Troponin sein; glatten Muskelzellen und vielen Nicht-Muskelzellen fehlt Troponin.
TM reguliert also sowohl die Assoziation von Myosinbündeln mit Aktinfilamenten als auch deren ATPase-Kinetik (nachzulesen in ). Es ist wahrscheinlich, dass TM-Isoformen aus verschiedenen Geweben oder Zelltypen spezifische Auswirkungen auf die Aktivität der Aktomyosin-ATPase und die Funktionen des Zytoskeletts haben