Ankyrin

Ankyrine sind eine Familie von Proteinen, sog. Repeat-Proteine, die ankyrinähnliche Wiederholungen in ihrer Struktur enthalten. Proteine, in denen Ankyrin-repeats vorkommen sind Bindungsproteine, die über dynamische, nicht-kovalente Bindungen mit integralen Membranproteinen interagieren und deren Verteilung innerhalb der Zellmembran mitbestimmen. Sie nehmen eine Schlüsselrolle bei Aktivitäten wie Zellmotilität, Aktivierung, Proliferation, Kontakt und der Aufrechterhaltung spezialisierter Membrandomänen ein.

Die meisten Ankyrine setzen sich typischerweise aus drei Strukturdomänen zusammen: einer aminoterminalen Domäne, die mehrere Ankyrin-repeats enthält, einer zentralen Region mit einer hochkonservierten Spektrin-Bindungsdomäne und einer carboxyterminalen regulatorischen Domäne, die am wenigsten konserviert ist und Schwankungen unterliegt.

So sind multiple Isoformen des Ankyrins inzwischen bekannt mit unterschiedlichen Affinitäten zu verschiedenen Zielproteinen. Sie werden in einer gewebespezifischen, entwicklungsregulierten Weise exprimiert. In Erythrozyten bindet beispielsweise Ankyrin  über Spektrin an die Zellmembran (Michaely P et al. 2002). Das sarkoplasmatische small ankyrin 1 Protein (sANK1) interagiert mit Connectin (Titin) und positioniert dadurch das sarkoplasmatische Retikulum (SR) an die Z-Scheibe des Sarkomers. Titin ist mit bis zu 3,7 MDa das größte Protein in Säugetieren und bildet neben Aktin und Myosin das dritte Filamentsystem im Herz- und Skelettmuskel. Dies dokumentiert die wichtige physiologische Rolle von sANK1.  

Der Krankheitserreger Plasmodium falciparum bindet ebenfalls an Ankyrin.

Spezifische Ankyrin-Antikörper binden an ein Treponema pallidum saures Repeatprotein und dienen dem Nachweis von Treponema pallidum.

Mutationen in Genen, die für ankyrinähnliche Proteine kodieren, können Defekte in der Genexpression verursachen, die zum Ausbruch und Fortschreiten einiger menschlicher und tierischer Krankheiten führen. So basiert die Hälfte der Fälle von „hereditärer Sphärozytose“ auf einer Mutation (Deletion) im Ankyrin-Gen (Agarwal AM (2019). Der genetisch bedingte Defekt von Ankyrin an der Innenseite der Erythrozytenmembran führt zu einer verminderten Membranstabilität. Die verminderte Membranstabilität führt zu einer verminderten osmotischen Resistenz der Erythrozyten. Dadurch erfolgt ein erhöhter Abbau in der Milz mit hämolytische Anämie und Splenomegalie

Bei einigen Formen (etwa 2%) von dilatativer Kardiomyopathie wurden ebenfalls mutierte Proteine mit „Ankyrin-repeats“ in ihrer Struktur nachgewiesen. Das „Ankyrin-Repeat-Domain-1-Gen (ANKRD1)“, wurde 2009 als Krankheitsgen identifiziert. Das Gen kodiert für das kardiale Ankyrin-Repeatprotein (CARP) mit einem molekularen Gewicht von circa 36 kDa. Drei verschiedene, funktional intakte mRNA-Transkripte des ANKRD-1 sind bekannt und werden translatiert: ankrd1 – ankrd3. Die funktionelle Bedeutsamkeit der Varianten ist derzeit jedoch noch ungeklärt.