Filopodien (Singular Filopodium) sind dünne Membranausstülpungen, die als Antennen für eine Zelle fungieren, um die Umgebung zu sondieren. Nicht abstehende Filopodien sind mechanistisch mit Mikrospitzen verwandt. Filopodien sind in der Regel in das Lamellopodium eingebettet oder ragen aus dem Lamellopodium an der freien Vorderseite von wandernden Gewebeschichten hervor. Filopodien sind auch in Wachstumskegeln von Neuriten und einzelnen Zellen wie Fibroblasten zu finden.
Filopodien finden sich in Neuronen (A), an der hervorstehenden Kante in wandernden Zellen (B) und in Epithelblättern (C).
Filopodien haben einen Durchmesser von 60-200 nm und enthalten parallele Bündel von 10-30 Aktinfilamenten, die durch aktinbindende Proteine (z. B. Fascin) zusammengehalten werden. Diese Filamente sind so ausgerichtet, dass ihr mit Widerhaken versehenes Ende auf die vorstehende Membran gerichtet ist.
Filopodien nehmen die extrazelluläre Umgebung an ihren Spitzen über Zelloberflächenrezeptoren wahr. Der Kontakt mit einem externen Ziel fördert die Kopplung von membrangebundenen Proteinen an den rückwärtsgerichteten (retrograden) Aktinfluss; diese Kopplung erzeugt die Zugkräfte, die für Zellwanderungsprozesse wie Wundheilung und Neuritenwachstum erforderlich sind. Kontaktunterschiede zwischen Substraten oder Zelltypen beeinflussen die Anzahl der abstehenden Filopodien .
Eine Reihe von Schlüsselproteinen ist an der Filopodienbildung beteiligt; die relative Bedeutung der einzelnen Proteine scheint jedoch zwischen verschiedenen Organismen und ihren Zelltypen zu variieren. Drei grundlegende Schritte sind an der Filopodienbildung beteiligt: Filamentnukleation, anhaltende Dehnung der Widerhakenenden und Filamentbündelung.
Schritte der Filopodienbildung und -funktion
Filopodien sind dynamische Strukturen, die in erster Linie aus F-Aktin-Bündeln bestehen und deren Initiierung und Dehnung durch die Geschwindigkeit der Aktinfilament-Assemblierung, -Konvergenz und -Vernetzung genau reguliert werden.
Filopodien durchlaufen 9 verschiedene Schritte bei ihrer Bildung. Doppelseitige Pfeile symbolisieren die Fähigkeit eines Filopodiums, zwischen verschiedenen Zuständen zu oszillieren.
Der Aktin-Tretmilling-Mechanismus der Dehnung ist für die Protrusion von entscheidender Bedeutung, und jede Änderung der Häufigkeit der Initiierung oder des Gleichgewichts zwischen Dehnung und Retraktion der Aktinfilamente kann zum Gewinn oder Verlust von Filopodien führen. Filopodiale Aktinfilamente sind unverzweigt, und Beobachtungen der Filopodienbildung haben gezeigt, dass sich Aktin an den Filopodienspitzen sammelt, nach hinten wandert und sich am hinteren Ende auflöst. Ein vollständiges Modell für die Bildung eines Filopodiums wurde kürzlich untersucht.