Filopodien

Filopodien (Singular Filopodium) sind schlanke zytoplasmatische Ausstülpungen, die über die Vorderkante der Lamellipodien in wandernden Zellen hinausragen. Innerhalb des Lamellipodiums werden Aktinrippen als Mikrospikes bezeichnet, und wenn sie über die Lamellipodien hinausragen, werden sie als Filopodien bezeichnet. Sie enthalten Mikrofilamente (auch Aktinfilamente genannt), die durch Aktin-Bündelungsproteine wie Fascin und Fimbrin zu Bündeln vernetzt sind. Filopodien bilden fokale Adhäsionen mit dem Substrat und verbinden sie mit der Zelloberfläche. Viele Arten von wandernden Zellen weisen Filopodien auf, von denen man annimmt, dass sie sowohl an der Wahrnehmung chemotroper Reize als auch an den daraus resultierenden Veränderungen in der gerichteten Fortbewegung beteiligt sind.

Diese elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt übertriebene Filopodien mit keulenartiger Form, die durch Formin mDia2 in kultivierten Zellen induziert wurden. Diese Filopodien sind mit gebündelten Aktinfilamenten gefüllt, die im lamellipodialen Netzwerk entstanden und dort konvergiert sind.

Die Aktivierung der Rho-Familie von GTPasen, insbesondere von cdc42 und ihren nachgeschalteten Intermediaten, führt zur Polymerisation von Aktinfasern durch Ena/Vasp-Homologieproteine. Wachstumsfaktoren binden an Rezeptortyrosinkinasen, was zur Polymerisation von Aktinfilamenten führt, die, wenn sie vernetzt sind, die tragenden Zytoskelettelemente der Filopodien bilden. Die Rho-Aktivität führt auch zur Aktivierung durch Phosphorylierung von Proteinen der Ezrin-Moesin-Radixin-Familie, die Aktinfilamente mit der Filopodienmembran verbinden.

Filopodien spielen eine Rolle bei der Wahrnehmung, Migration und Zell-Zell-Interaktion. Um eine Wunde in Wirbeltieren zu schließen, stimulieren Wachstumsfaktoren die Bildung von Filopodien in Fibroblasten, um die Fibroblastenmigration und den Wundverschluss zu steuern. Bei sich entwickelnden Neuronen erstrecken sich die Filopodien vom Wachstumskegel an der Vorderkante. Bei Neuronen, denen die Filopodien durch partielle Hemmung der Polymerisation der Aktinfilamente entzogen wurden, verläuft die Ausdehnung des Wachstumskegels normal, aber die Wachstumsrichtung ist gestört und sehr unregelmäßig. Filopodien-ähnliche Fortsätze wurden auch mit der Bildung von Dendriten in Verbindung gebracht, wenn im Gehirn neue Synapsen gebildet werden. In Makrophagen fungieren Filopodien als phagozytische Tentakel und ziehen gebundene Objekte zur Zelle, um sie zu phagozytieren.

Filopodien werden auch für die Bewegung von Bakterien zwischen Zellen verwendet, um dem Immunsystem des Wirts zu entgehen. Das intrazelluläre Bakterium Ehrlichia wird zwischen den Zellen durch die Filopodien der Wirtszelle transportiert, die vom Erreger in der Anfangsphase der Infektion gebildet werden. Es wurde gezeigt, dass Viren entlang der Filopodien zum Zellkörper transportiert werden, was zu einer Zellinfektion führt. Der gezielte Transport von rezeptorgebundenem epidermalem Wachstumsfaktor (EGF) entlang von Filopodien wurde ebenfalls beschrieben, was die vorgeschlagene Sensorfunktion von Filopodien unterstützt.

SARS-CoV-2, der für die Coronavirus-Krankheit 2019 verantwortliche Coronavirus-Stamm, produziert Filopodien in infizierten Zellen.