Keratine

Synonym(e)

Hornsubstanz

Definition

Keratin (griech. kératos = Horn) ist ein Sammelbegriff für verschiedene wasserunlösliche Strukturproteine der Hornschicht ( Stratum corneum) von Haaren und Nägeln. Man unterscheidet aufgrund der molekularen Konfiguration (alpha-Helix oder beta-Faltblattstrukturen) in alpha-Keratine (auch Zytokeratine) und beta-Keratine.

Allgemeine Information

Alpha-Keratine (Zytokeratine):

  • 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, kommt es zu unterschiedlichen genetisch induzierten Störungen der Keratinstruktur und -funktion.
  • Intrazellulär, 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-Keratin:

  • 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. Schäkel K et al. (2016) Pathogenese der Psoriasis. Hautarzt 67: 422-432
Zuletzt aktualisiert am: 24.10.2017