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Apoptose
Apoptose
eine mit Etoposid behandelt Krebszelle zerfällt durch Apoptose. ZeitrafferAufnahmen für 61 Stunden.
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Apoptose ist der Prozess des programmierten Zelltod das findet statt in vielzellige Organismen.[1] Apoptose ist eine normale zelluläre Reaktion, die für die embryonale Entwicklung, in dem Immunsystem und für die Homöostase von Körpergeweben. Während der Apoptose laufen innerhalb der Zelle mehrere Reaktionskaskaden ab, die dafür sorgen, dass die Zelle Selbstzerstörung und der DNA fragmentiert sein. Im Durchschnitt verliert ein erwachsener Mensch täglich zwischen 50 und 70 Milliarden Zellen durch Apoptose.[2]

Apoptose ist ein streng regulierter Prozess, der sich stark von anderen Formen des Zelltods unterscheidet, wie z Nekrose.[3] Apoptose ist gekennzeichnet durch die Fragmentierung der DNA durch Endonukleasen, und Freisetzung von membranumhüllten Zytoplasmatische Vesikel. Die Überreste der apoptotischen Zelle werden schließlich phagozytiert durch Makrophagen. Dies steht im Gegensatz zu einer Zelle, die an Nekrose stirbt, bei der alle Enzymsysteme, einschließlich proteolytische Enzyme, in die Umwelt freigesetzt. Apoptose führt daher nicht zu einer Schädigung umliegender Zellen, während Nekrosen jeglicher Größenordnung immer zu einer Schädigung des benachbarten Gewebes führen.[3]

Die Apoptose wird durch die Aktivierung von eingeleitet Caspasen: spezialisierte Enzyme, die Proteine ​​abbauen. Durch eine komplexe Signaltransduktionskette führen die Caspasen zum systematischen Zerfall der Zelle. Die Einleitung der Apoptose ist streng reguliert; Sobald der Prozess begonnen hat, führt er zwangsläufig zum Tod der Zelle.[4]

Apoptose bei Tieren

Funktion der Apoptose

Apoptose ist wichtig in der embryonal Entwicklung, in der Immunsystem und in allen lebenden Geweben. In der Embryonalentwicklung führt die Apoptose dazu, dass unnötiges oder unerwünschtes Gewebe verschwindet. Ein Beispiel hierfür sind die beim Menschen anfangs vorhandenen „Schwimmfüße“, die jedoch während der Entwicklung des Embryos verschwinden. Werde im Immunsystem T-Zellen dieser Körper gehört Epitope erkennen und somit unerwünscht sind, durch Stimulation der Apoptose zum Zelltod angeregt werden.

Unterschied zu Nekrose

Eine Zelle kann auf zwei Arten sterben. Apoptose, wie hier besprochen, oder Nekrose; Dies ist der Prozess, bei dem eine Zelle aufgrund von Krankheit, Verletzung oder Verringerung der Blutversorgung abrupt stirbt. Dabei wird der Inhalt der Zelle, der Zytoplasma, in das umliegende Gewebe abgegeben. Dies hat oft eine aktivierende Wirkung auf das Immunsystem und verursacht Entzündungsreaktion entstehen können.

Biochemischer Mechanismus

Schematische Darstellung der Apoptose. Links: gesunde Zelle; rechts: kranke Zelle. Zelle wird krank → Zelle schrumpft → Zelle zerfällt in Vesikel → Makrophagen Entfernen Sie die Zelltrümmer → die Zelle wird durch eine neue Zelle ersetzt.

Eine organisierte Art des Sterbens für eine Zelle ist die Apoptose oder der „programmierte Zelltod“, denn die Mechanismen, die Apoptose ermöglichen, sind in jeder Zelle vorhanden. Empfängt eine Zelle aus ihrer Umgebung Signale, die die Zelle zur Apoptose zwingen, oder ist die Zelle so stark geschädigt, dass eine weitere Existenz nicht mehr möglich ist, wird ein intrazellulärer Mechanismus aktiviert. Dieser Mechanismus führt letztendlich zur Aktivierung von Proteasen, die sogenannte Caspasen (Cystein-Aspartyl-Protease). Dieses Protein die Zelle dazu veranlassen, Proteine ​​abzubauen und DNA. Das Substrate der Caspasen befinden sich in der Kern, es Zytoplasma und der Zytoskelett.

Die Grundlage des programmierten Zelltods bei Säugetieren wird in drei Gruppen von Proteinen unterteilt, die alle zur Bcl-2-Superfamilie gehören:

  1. Sensoren, einschließlich Bad, Bim und Bid: Stoppen Sie die Protektoren. Bei ausreichender Sensorkonzentration werden Protektoren blockiert, an denen die Effektoren aktiv werden.
  2. Protektoren, einschließlich Bcl-2 und Bcl-xL: hemmen die Wirkung der Effektoren und verhindern so die Apoptose.
  3. Effektoren, einschließlich Bax und Bak: initiieren die Apoptosekaskade, indem sie die mitochondriale Membran durchlässig machen für Cytochrom c.

Die Tatsache, dass mehrere Proteine ​​unter eine Gruppe fallen, führt zu Redundanz des Systems, wobei bei nicht funktionierenden Proteinen andere Proteine ​​das System am Laufen halten können.

Die erhöhte Konzentration von Cytochrom c im Cytoplasma führt dann zur Aktivierung des Apoptosom. Das Apoptosom ist für die Aktivierung von verantwortlich Caspase-9, was wiederum Caspase-3 aktiviert. Die Umwandlung von pro-caspase-3 zu Caspase-3 markiert definitiv den Tod der fraglichen Zelle. Caspase-3 spaltet unter anderem Proteine, die die Zellhomöostase aufrechterhalten, fördert den Abbau des Zytoskeletts und aktiviert Endonukleasen.

Merkmale der Apoptose

Apoptotische Zelle in Mäuseleber

Eine Zelle, die eine Apoptose durchmacht, kann an einer Reihe von Merkmalen erkannt werden. Am klarsten morphologisch charakteristisch ist die Aufspaltung von kleinen Zytoplasmakugeln mit Zellinhalt (Blebbing). Auch können apoptotische Zellen durch DNA-Fragmentierung als Folge des Abbaus der DNA erkannt werden. Zellen, die eine Apoptose durchlaufen, weisen auch negativ geladene Phospholipide auf der Zelloberfläche auf. Diese negativ geladenen Phospholipide können von Fresszellen erkannt werden. Nach der Erkennung entfernt der Phagocyt die apoptotische Zelle.

Apoptose und Krebs

In einigen Formen von Krebs mehrere Systeme, die die Integrität der Zelle überwachen, können deaktiviert werden. Diese Zellen können dann nicht mehr zur Apoptose führen, was dazu führen kann, dass sie zu viel oder zu stark geschädigte Zellen weiterwachsen.

Modern pharmakologisch Die Forschung zielt darauf ab, neue Substanzen zu entwickeln, die den Weg zur Apoptose reaktivieren können. Dazu gehört zum Beispiel Navitoclax die den Betrieb von Bcl-2 (durch Bindung an seine BH3-Domäne), die die Rolle des Beschützers beim programmierten Zelltod hat. Das Blockieren der Funktion des Protektors ermöglicht es Effektoren, die mitochondriale Membran aktiv zu permeabilisieren, wodurch schließlich Caspase-3 reaktiviert werden kann.

Apoptose bei Pflanzen

Apoptose bei Pflanzen ist eine natürliche Reaktion, die häufig vorkommt. Apoptose tritt beispielsweise auf, wenn Blumen und die Reifung einiger Früchte, wie z Kapseln.

Es tritt auch auf, wenn Pflanzen beschädigt werden. Pflanzen versuchen, ein Gleichgewicht zwischen der Menge an oberirdischen und unterirdischen Teilen aufrechtzuerhalten. Werden oberirdische Teile beispielsweise durch Füttern entfernt, werden Nährstoffe aus Teilen des Wurzelsystems entzogen, was zum Absterben der Wurzeln führt. Beim Umpflanzen sterben oberirdische Teile ab, so dass durch Umlagerung von Nährstoffen schneller neue Wurzeln gebildet werden können. Auch bei Feuchtigkeitsmangel sterben oberirdische Teile ab, um das Wurzelwerk auf der Suche nach Wasser erweitern zu können.

Bei einem Angriff durch Krankheitserreger kommt es manchmal auch in und um die infizierten Zellen zu Apoptose, wodurch eine weitere Infektion verhindert wird. Dies äußert sich in Widerstand gegen den Erreger.

Übersicht über die Übertragung der an der Apoptose beteiligten Signale.

Etymologie

Das Wort wurde 1972 verwendet als Apoptose in den internationalen (englischen) Sprachgebrauch im gegenwärtigen Sinne eingeführt.[5] Im Niederländischen kommt das Wort zuerst in der ebenfalls klassischen Form (Apoptose)[6] vor und später in niederländischer Form (Apoptose).[7] Das Wort kommt von der Altgriechisch (ἀπόπτωσις Apoptsis)[5][8] und bedeutet "fallen, abfallen, verschwinden".[9] Früher kam das Wort Apoptose schon in der Medizin, sondern im Sinne von "Schorffreisetzung".[10][11][12]

Siehe auch

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