Dynein

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 18. November 2016
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Dynein ist ein Motorprotein, das vor allem die Beweglichkeit der Zilien und Flagellen sicherstellt. Damit ist es ein wichtiger, innerzellulärer Bestandteil des Flimmerepithels, der männlichen Spermien, der Ohrtrompete und der Bronchien oder der Tuba uterina. Eine Mutation verschiedener Gene kann die Funktion des Dynein beeinträchtigen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Dynein?

Zusammen mit Myosin, Kinesin und Prestin bildet das Cytoskellettprotein Dynein die Gruppe der Motorproteine. Die allosterischen Motorproteine sind im Inneren von Zellen für den Transport von Lasten wie Zellorganellen oder Vesikeln zuständig.

Sie zählen zu den intrazellulären Proteinen und können sich dank ihrer Motordomäne an ein Proteinnetzwerk binden. Ihre Schwanzdomäne besitzt eine Bindungsstelle für die Lasten. Dynein bildet in der Regel Dimere aus zwei Monomeren. Sie binden an Mikrotubuli, also röhrenförmige Filamente aus Proteinen. Der Transport der Mikrotubuli findet meist von der Zellmembran zum Zellkern hin statt. Dynein hat verschiedene Unterarten. Manche davon kommen ausschließlich im Axonema von Cilien und Geißeln vor. Dynein ist zusammen mit Kinesin ein Teil von Mikrotubuli-Filamenten des Cytoskeletts.

Flagellen und motile Cilien werden durch Dynein zu einem beweglichen und ausrichtbaren Bauelement. Auf biomolekularer Basis codieren verschiedene Gene für Dynein. Die Gene DNAL1, DNAI1, DNAH5 und DNAH11 sind zählen zum Beispiel zu den codierenden Genen.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Wie alle Motorproteine ist Dynein ein Transporteur, das Vesikel transportiert und andere Transport- und Bewegungsvorgänge realisiert. Das Molekül bindet mit seiner Kopfregion an Mikrotubuli. Der Schwanzteil kann mit Lipidmembranen in Interaktion treten.

Im Kopfbereich kann Dynein in zwei Domänen Adenosintriphosphat (ATP) binden und hydrolysieren. So versorgen sich die Moleküle mit der notwendigen Energie für Transportvorgänge. Die Hydrolyse entspricht einer Aufspaltung von chemischen Verbindung mittels Anlagerung eines Wassermoleküls. Der Dipol-Charakter des H2O-Moleküls bringt die Stoffe zur Spaltung. Jeder Dyneinkomplexe bindet zuerst ein Molekül an sich. Danach läuft er dank der zuvor gewonnen Energie entlang eines Mikrotubulus. Der Transport ist ein gerichteter Transport. Dynein kann auf dem Mikrotubulus nämlich nur in Richtung Minusende wandern.

So transportieren Dyneine ihre Ladung von der Peripherie der Plasmamembran zum Microtubuli organizing center in der Nähe des Zellkerns. Diese Art des Transports heißt auch retrograder Transport. Das Motorprotein Kinesin ist für den entgegen gerichteten Transport verantwortlich. Einige Viren nutzen die Transportprozesse der Motorproteine aus, um zum Zellkern von Zellen zu gelangen, so zum Beispiel der Herpes simplex. Weil Dynein zur selben Zeit an Membranlipide und Mikrotubuli binden kann, verbindet Dynein innerzelluläre Vesikel mit dem Zytoskelett und führt an ihnen ATP-abhängige Konformationsänderungen durch, indem es die Proteinstruktur zum Filament-Minusende transportiert.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Dynein kommt in den Zilien der Plasmamembran vor. An jedem A-Tubulus trägt eine Zilie Paare aus armartigen Strukturen, die auch als Dyneinarme bekannt sind und zum B-Tubulus des Nachbardubletts hin ausgerichtet sind. Neben Konformationsänderungen führt Dynein vor allem die Bewegung von Zilien und Flagellen durch. Gerade den Zilien wurden mittlerweile lebenswichtige Aufgaben zugesprochen, da sie die Funktion vieler Organe sicherstellen. Das Vorkommen von Dynein im menschlichen Organismus ist dementsprechend häufig.

Im Epithel der Tuba uterina, in den Bronchien oder im Spermienschwanz kommt das Motorprotein zum Beispiel vor. Auch das Flimmerepithel der Lunge, die Ohrtrompete oder die Nasenschleimhaut der Nasennebenhöhlen ist auf Dynein angewiesen. Letztlich ist das Molekül für alle zilientragenden Epithelien ein entscheidender Bestandteil. Die Bildung des Motorproteins beginnt auf biomolekularer Ebene. Hier codieren unterschiedliche Gene für das Cytoskelettprotein und erhalten während der Embryonalphase ihre Funktionen.

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Krankheiten & Störungen

Genetische Defekte in den codierenden Genen für Dynein lassen das Krankheitsbild des Kartagener-Syndroms entstehen. Speziell Mutationen von DNAL1, DNAI1, DNAH5 und DNAH11 wurden bislang mit der Krankheit in Verbindung gebracht.

Die Funktion der zilientragenden Epithelien ist durch die Mutation gestört. Das Kartagener-Syndrom wird auch primäre Ziliendyskinesie genannt und ist autosomal-rezessiv vererbbar. Die Dyskinesie der Zilien entspricht einem Fehlen oder einem Funktionsverlust der Dynein-Arme. Durch diese Funktionsverluste ist die Beweglichkeit der Zilien eingeschränkt oder nicht vorhanden. Bei einer primären Ziliendyskinesie betrifft das Krankheitsbild alle zilienbesetzten Zellen des Körpers. Damit arbeiten weder die Zellen des bronchialen Epithels, noch die der Tuba Eustachii oder der Nasennebenhöhlen noch ausreichend. Der gerichtete Zilienschlag ist schon in der Embryonalphase nicht vorhanden.

Etwa die Hälfte aller Betroffenen leidet so an Lageanomalien zahlreicher innerer Organe. In der Regel liegt ein sogenannter Situs inversus vor. Männer leiden an einer Dysknesie der Spermien, die mit Infertilität einhergeht. Auch Frauen können von Infertilität betroffen sein, da eine Unbeweglichkeit der Zilien innerhalb der Tuba uterina vorliegt. Wegen der gestörten mukoziliären Clearance kommt es zu Obstruktionen oder Infektionen der Atemwege. Rezidivierende Bronchitis, Rhinitis oder Sinusitis sind häufige Symptome.

Im weiteren Krankheitsverlauf bilden sich oft Bronchiektasen. Die Funktionsfähigkeit der Zilien kann über einen Zilienfunktionstest überprüft werden. Eine ursächliche Therapie gibt es nicht. Zumindest lassen sich Symptome wie die Retention der Atemwegssekretionen mittlerweile aber bekämpfen. Reichliche Flüssigkeitsaufnahme, die Gabe eines Mukolytikums und die Inhalation von β2-Sympathomimetikum zählen zu den wichtigsten Behandlungsmöglichkeiten.

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