Pathologie des Zytoskeletts

Das Zytoskelett besteht aus folgenden Anteilen

• Mikrofilamente (Durchmesser 5-7 nm)
• Intermediärfilamente (Durchmesser 8-11 nm)
• Mikrotubuli (Durchmesser ca. 22 nm)

Mikrofilamente

Dazu zählen Aktin, Myosin, Troponin Tropomyosin und Spektrin. Ihre Aufgabe ist es, kontraktile Elemente zu stellen (Aktin-Myosin-Konfiguration in der quergestreiften Muskulatur) bzw. die Zellform aufrecht zu erhalten (Spektrin, z.B. beim Erythrozyten).
Die Mikrovilli der Enterozyten und der Tubulusepithelzellen sind von Aktinfilamenten durchzogen, die am mikrofilamentären Netzwerk innerhalb der Zelle inserieren. Dieses Netzwerk nennt man auch "Terminal Web".
Bestimmte Gifte wie Cytochalasin hemmen die Polymerisation der Aktinfilamente, wodurch statt einer regelmäßigen Bürstensaums groteske Fortsätze entstehen.

Die Zellform wird auch durch Fibronektin bestimmt. Die Mikrofilamente verbinden sich über ein weiteres Membranmolekül mit dem Fibronektin und haften so auf ihrer Unterlage.
Neoplastische Zellen verlieren oft die Fähigkeit, Fibronektin zu sythetisieren, wodurch die Aktinfilamente völlig ungeordnet im Zellinneren liegen und die dadurch abgerundeten Zellen die Fähigkeit verlieren, auf einer Unterlage zu haften. Erst dieser Effekt ermöglicht eine Metastasierung.

Pathologische Bedeutung

• Lazy-Leucocyte-Syndrom

Ein Aktindefekt führt zu verminderter Chemotaxis und Chemokinese.

Der häufigste klinische Befund ist eine rezidivierende Gingivostomatitis

Mikrotubuli

Die röhrenförmigen Mikrotubuli haben einen Durchmesser von ca. 22 nm und bestehen aus Tubulin. Die Mikrotubuli unterliegen einem Gleichgewicht aus dauernder Polymerisation und Depolymerisation, das vom intrazellulären Ca⁺⁺-Spiegel und von Calmodulin abhängig ist.

Mikrotubuli haben vielfältige Aufgaben:

• Aufrechterhaltung der Zellform
• Intrazellulärer Stofftransport, enger Kontakt mit dem Golgi-Apparat.
  Alkohol schädigt die Mikrotubuli, wodurch der intrazellulärer Stofftransport in Mitleidenschaft gezogen wird. Dies ist die Ursache der alkoholischen Fettleber
• Mitosespindel
  • Die Hemmstoffe Colchizin und Vinblastin verhindern die Polymerisation der Tubulinmonomere, wodurch keine Mikrotubuli gebildet werden können. Sie werden therapeutisch daher als Zytostatika eingesetzt.
  • Bei Tumorzellen hingegen ist das Verhältnis von Calmodulin zu Tubulin gestört, es kommt zu einer überstürzten Zellproliferation.
• Zilien
  Zilien sind in 9+1 Struktur aus Mikrotubulipaaren aufgebaut und durch Dyneinarme zusammengehalten. Zilien finden sich im Respirationstrakt, wo sie den Bronchialschleim oralwärts befördern sowie in den Flagellen der Spermien.
  • Manche Formen der männliche Infertilität sind auf Defekte der Zilienfunktion zurückzuführen, insbesondere Dynein spielt hierbei ein Rolle

Pathologische Bedeutung:

• Chédiak-Higashi-Syndrom

Ein autosomal-rezessiver Defekt der Mikrotubuli in Phagozyten (Granulozyten, Makrophagen) führt zu verzögerter bzw. verminderter Fusion (siehe Phagozytose) der Lysosomen mit dem Phagosom ==> Fusion von Primärlysosomen ==> Riesenlysosomen.
Dadurch wird die Phagozytose von Bakterien ineffizient. Auch die Antigen-Prozessierung und -Präsentation leidet schließlich darunter.

Neben der Phagozytenaktivität ist auch die Degranulation gestört, was zu Funktionsausfällen der NK-Zellen und der ADCC führt. 

Klinische Folgen:

• Immundefekte (Infektionen mit extrazellulären, v.a. Katalase-negativen Bakterien)
• Partieller okulokutaner Albinismus mit Photophobie
• Neurologische Symptome

• Beim Karthagener Syndrom sind die Dyneinfäden zwischen den Mikrotubuli nicht ausgebildet.

Intermediärfilamente

Intermediärfilamente inserieren an den Desmosomen und haben die Aufgabe, die Organellenverteilung aufrecht zu halten.

Nach Lokalisation in verschiedenen Geweben unterscheidet man:

• Keratinfilamente (in allen keratinbildenden EpithelienZellen)
• Neurofilamente (im Nervengeweben)
• Glial fibrillar acidic (GFA, nur in Astrozyten, nicht in Neuronen)
• Vimentin (in allen mesenchymalen Zellen wie Fibroblasten und Endothelzellen)
• Desmin (in glatten Muskelzellen)

Pathologische Bedeutung:

• Tumorklassifizierung

Durch ihre Organspezifität haben die Intermediärfilamente ein wichtige Bedeutung in der Tumordiagnostik, da selbst bei hochgradiger Entdifferenzierung die Spezifität der Intermediärfilamente erhalten bleibt

• Mallory-Bodies (alkoholische Hepatitis)

Mallory-Bodies sind kondensiertes degeneriertes Zytokeratin (hyaline Dystrophie), vor allen bei alkoholischer Hepatits, aber auch bei Cholestase oder Leberzellkarzinom. Das Auftreten von Mallory-bodies zeigt eine irreversible Schädigung an.

• Alzheimer-Erkrankung (präsenile Demenz)