Keratine

Autor: Prof. Dr. med. Peter Altmeyer

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Zuletzt aktualisiert am: 24.12.2021

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Synonym(e)

Hornsubstanz

Definition

Keratine (früher auch Zytokeratine genannt) sind filamentbildende Proteine von Epithelzellen und sind für die normale Gewebestruktur und -funktion unerlässlich. Keratin-Gene machen den größten Teil der Intermediärfilament-Gene im menschlichen Genom aus und bilden die beiden größten Sequenzhomologiegruppen, Typ I und II, dieser großen Multigenfamilie.  Ihre Expressionsmuster sind in hohem Maße differenzierungsspezifisch, was auf funktionelle Unterschiede schließen lässt.

Man differenziert die Keratine aufgrund der molekularen Konfiguration (alpha-Helix oder beta-Faltblattstrukturen) in

  • alpha-Keratine
  • und
  • beta-Keratine.

Allgemeine Information

Alpha-Keratine: Alpha-Keratine sind der Hauptbestandteil des Stratum corneums der Epidermis sowie von Haaren und Nägeln. Die Festigkeit der alpha-Keratine wird durch Faserbildung verstärkt. Hierbei bilden die einzelnen Aminosäureketten eine rechtsgängige alpha-Helix. Mehrere dieser Helices bilden eine linksgängige Superhelix, eine Protofibrille. Mehrere dieser Protofibrillen vereinigen sich wiederum zu Mikrofibrillen, die sich nunmehr in Keratinbündeln organisieren und in dieser Bündelung als Makrofibrillen bezeichnet werden. Die Verfestigung der Kollagenfasern erfolgt durch Quervernetzungen mittels Disulfidbrücken. So ist das Keratin in Hornmaterial und Nägeln stärker quervernetzt als das Keratin in Haaren. Bei verschiedenen Erkrankungen, z.B. bei der Krankheitsgruppe der Ichthyosen und der Palmoplantarkeratosen, kommt es infolge Mutationen in den zugehörigen Genen (KRT-Gene) zu unterschiedlichen Störungen der Keratinstruktur und -funktion.

  • Intrazellulär, also vor dem eigentlichen Verhornungsvorgang liegen alpha-Keratine (= Zytokeratine) in Form von lose organisierten Keratinfilamenten vor. Alpha-Keratine gehören zu den Intermediärfilamenten, die zusammen mit den Mikrotubuli und Mikrofilamenten das Zytoskelett der eukaryotischen Zellen bilden (s.u. Zytoskelett). Derzeit sind 20 verschiedene alpha-Keratine (CK1-CK20 - Bemerkung: CK steht für Cytokeratin) bekannt, deren Molekülmasse zwischen 40 und 68 kDa liegt.
  • CK1-CK8 werden zur neutral-basischen Typ-A Subfamilie gezählt, CK9-CK20 stellen die saure Typ-B Subfamilie dar. Bei Keratin 17 liegen Sequenzhomologien zu  M-Proteinen von Streptokokken vor. Dies strukturelle Ähnlichkeit spielt in der Pathogenese der Psoriasis und anderen Infekt-getriggerten Dermatosen eine Rolle.  
  • Alpha-Keratine bilden paarweise in den Intermediärfilamenten (s.u. Zytoskelett) einen Heterodimer-Komplex bestehend aus einem Typ-A und einem Typ-B Zytokeratin. Die Verteilungsmuster dieser Komplexe unterscheidet sich in den einzelnen epithelialen Zellen erheblich, sodass mit einem Antikörpernachweis gegen die Subtypen CK1-CK20 die Herkunft dieser Zellen eingegrenzt werden kann. Über diesen Herkunftsnachweis lassen sich mittels Antikörpereinsatz die Genese von Tumorzellen definieren.

Beta-Keratine:

  • Beispiele für in der Natur vorkommende beta-Keratine sind das Seidenprotein der Spinnennetze und der Seide. Im Unterschied zu den alpha- oder Zytokeratinen sind beta-Keratine keine intrazellulären Strukturproteine, sondern Ausscheidungsprodukte der Spinndrüsen. Wegen seiner Faltblattstruktur ist beta-Keratin weniger dehnbar als die helikal gebauten alpha-Keratine.

Hinweis(e)

Im Jahr 2006 wurde eine neue systematischen Nomenklatur für Keratine erstellt. Hierbei werden die Keratinproteine, zuvor "Zytokeratine" genannt, nur noch als Keratine bezeichnet.

Literatur
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  1. Hesse M et al. (2001) Genes for intermediate filament proteins and the draft sequence of the human genome: novel keratin genes and a surprisingly high number of pseudogenes related to keratins 8 and 18. J Cell Sci 114:2569–2575.
  2. Hesse MA et al. (2004) Comprehensive analysis of keratin gene clusters in humans and rodents. Eur J Cell Biol 83:19–26.
  3. Moll R. et al. (1982) The catalog of human cytokeratins: patterns of expression in normal epithelia, tumors and cultured cells. Cell. 31:11–14.
  4. Schäkel K et al. (2016) Pathogenese der Psoriasis. Hautarzt 67: 422-432
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