Leben und Tod der Zellen in unserem Körper sind streng reguliert. Dies ist wichtig für die normale Funktion und die Begrenzung von Schäden. Aber der Zelltod kann Nebenwirkungen haben, und wenn es zu Fehlfunktionen kommt, steht unsere Gesundheit auf dem Spiel.
Jeden Tag sterben in unserem Körper mehr als 50 Milliarden Zellen. Dies sind keine zufälligen Ereignisse, sondern Teil eines fein abgestimmten biologischen Mechanismus namens programmierter Zelltod.
Vielzellige Organismen, einschließlich Menschen, müssen die Anzahl der Zellen in ihrem Körper festhalten. Dies wäre einfach, wenn sich die Zellen nie teilen würden, aber einige Bereiche – wie Blut, Haut und Auskleidung des Darms – produzieren ständig neue Zellen.
Der Zelltod stoppt übermäßige und beschädigte Zellen. Diese Balance oder Homöostase ist essentiell, um einen gesunden Organismus zu erhalten und Krankheiten vorzubeugen. Es ist auch ein entscheidender Abwehrmechanismus gegen Krankheitserreger, da Zellen, die mit Bakterien oder Viren infiziert sind, auf diese Weise entfernt werden.
Unter normalen Umständen werden sterbende Zellen vom Immunsystem recycelt. Aber leider ist der programmierte Zelltod kein narrensicherer Mechanismus.
Wenn etwas schief geht, kann das schlimme Folgen haben. Krebs, Autoimmunerkrankungen und Neurodegeneration sind alle mit dem Versagen des normalen Zelltods und der Zellbeseitigung verbunden.
Viele Wege, ein Ergebnis
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie eine Zelle sterben kann. Was auch immer an der Wurzel des Zelltods liegt, die im Gewebe verborgene Leiche kann nicht für immer bleiben. Hier betreten wir das Reich der Phagozyten, die spezialisierte weiße Blut- oder Epithelzellen sind, die sterbende Zellen verschlingen oder verschlingen können.
Phagozyten patrouillieren unsere Gewebe auf der Suche nach "find-me" -Signalen, die von sterbenden Zellen freigesetzt werden, und verschlingen sie dann, wenn sie auf "essen-mich" -Signale treffen. Sie sind auch die Torwächter der Entzündung, und der Zelltod kann entweder entzündungsfördernd oder entzündungshemmend sein, was zu unterschiedlichen Ergebnissen führt.
Apoptose
Apoptose ist die häufigste Form des Zelltods und wird als programmierter Zellsuizid bezeichnet.
Während der Apoptose wird eine Zelle aufgebrochen und in kleine, in sich geschlossene Stücke verpackt, die leicht durch Phagozyten recycelt werden können.
Die Apoptose wird oft durch eine Anhäufung von Stresssignalen wie beschädigte DNA oder wenig Sauerstoff ausgelöst. Dies verursacht Lecks in den Membranen der Mitochondrien, die die Kraftwerke sind, die Sauerstoff in Energie in der Zelle umwandeln. Wenn Mitochondrien einmal beschädigt sind, ist eine Zelle auf dem besten Weg, eine Leiche zu werden.
Die Apoptose kann auch durch äußere Auslöser ausgelöst werden. Diese aktivieren sogenannte Todesrezeptoren auf der Zelle.
Um es Patrouillieren von Phagozyten zu erleichtern, sich in apoptotischen Zellen anzusiedeln und sie zu verschlingen, geben sie starke "Find-Me" – und "Eat-Me" -Signale frei.
Nekrose
Das Hauptmerkmal des nekrotischen Zelltods ist Schwellung, die zum Bruch der Zellmembran führt. Dies führt dazu, dass Komponenten aus dem Inneren der Zelle austreten, ähnlich wie Luft aus einem Reifen mit einem Reifenschaden austritt.
Nekrose tritt als Reaktion auf hohe Temperatur oder hohen Druck auf. Wissenschaftler nennen dies die passive Form der Nekrose, da sie keine spezifische Aktivität der Zelle erfordert.
Es gibt jedoch zwei Formen der Nekrose – Nekroptose und Pyroptose – die aktiv von der Zelle reguliert werden und heute als spezialisierte Formen des programmierten Zelltods anerkannt sind.
Wie bei der passiven Nekrose verursacht die Schwellung ein Aufplatzen der Zelle. Im Inneren finden jedoch eng orchestrierte Sequenzen von Ereignissen statt.
Es gibt Hinweise darauf, dass die Nekroptose ein Backup-System sein kann, das einsetzt, wenn bestimmte Krankheitserreger, die die Apoptose hemmen können, eine Zelle infizieren.
Es wird angenommen, dass sowohl die Nekroptose als auch die Pyroptose eine Entzündung aktiv initiieren, um das Immunsystem der Pathogeninfektion zu alarmieren. Da diese Prozesse dazu führen, dass die Zelle platzt, dringen Komponenten aus der Zelle in den umgebenden Raum ein. Diese wirken als Gefahrensignale oder schädigungsassoziierte molekulare Muster (DAMPs).
Phagozyten und andere Immunzellen reagieren stark auf DAMPs, indem sie in Aktion treten und Entzündungen verursachen.
"Diese Technik ist ein evolutionär unschätzbarer Beitrag zur angeborenen Immunität, kombiniert die Abtötung von pathogen-infizierten Zellen mit Alarmierung des Immunsystems durch die Freisetzung von DAMPs", so die Autoren einer kürzlich erschienenen Übersicht über den programmierten Zelltod.
Dies ist spezifisch für Nekroptose und Pyroptose und tritt normalerweise nicht während der Apoptose auf, bei der die Zellbestandteile sauber verpackt sind. Wenn Phagozyten jedoch nicht in der Lage sind, apoptotische Zellen schnell zu entfernen, können diese Zellen nekrotisch werden, was zu einer Entzündung führt.
Autophagie
Unter normalen Umständen ist Autophagie ein pro-Überlebensmechanismus. Als Antwort auf Nährstoffmangel kann eine Zelle durch Verdauung eines Teils ihres Inneren eine wesentliche Nahrung erhalten.
Aber es dient auch dazu, Zellstress entgegenzuwirken, der auftreten kann, wenn Proteine aggregieren oder Schäden an der Zellmaschinerie auftreten.
Autophagy erlaubt einer Zelle, die Gefahr durch Verdauen der Täter zu beseitigen. Wissenschaftler glauben nun, dass Autophagie selbst den Zelltod auslösen kann, obwohl es ein seltenes und hoch spezialisiertes Ereignis sein kann.
Es ist bekannt, dass Autophagie eine Rolle spielt, wenn Gewebe während der Entwicklung gebildet werden, und es wird auch angenommen, dass sie sowohl zur Apoptose als auch zur Nekroptose beiträgt.
Die strenge Regulation des Zelltods ist notwendig, um das Gleichgewicht funktioneller Zellen in unseren Geweben aufrechtzuerhalten und eine Infektion zu verhindern.
Wenn dies beeinträchtigt ist, kann es schwerwiegende Folgen haben, wie ein kürzlich erschienener Artikel über Zelltodsignalisierung gezeigt hat.
"Die D-Regulierung der Signalwege, die den Zelltod auslösen, kann zur Entwicklung von katastrophalen Krankheiten wie Krebs und Autoimmunität (zu wenig Zelltod) sowie degenerativen Erkrankungen (zu viel Zelltod) führen."
Douglas R. Green, Ph.D., St. Jude's Kinderkrankenhaus, Memphis, TN
Wenn der programmierte Zelltod schief geht
Krebszellen sind Meister darin, unser Immunsystem zu umgehen und den Tod zu vermeiden. Wenn sich ein Krebs auf entfernte Stellen ausbreitet oder Metastasen bildet, müssen die Täterzellen die Zelltodwege überwinden, um zu verhindern, dass sie sich in diesem Prozess ihrem Tod ergeben.
Viele Krebsarten haben komplizierte Mechanismen entwickelt, um dies zu tun, indem sie Komponenten der Apoptose-, Nekrose- und Autophagie-Signalwege entführen. Indem Krebszellen deaktiviert werden, können sie den Zelltod verhindern, wenn sie sich im Körper ausbreiten.
Anoikis ist eine spezialisierte Form der Apoptose, die in Zellen auftritt, die sich von ihrer normalen Umgebung gelöst haben und sich in einem neuen Zuhause im Körper befinden. Dies ist entscheidend für die Ausbreitung von Krebszellen.
Aber Krebs hat clevere Wege entwickelt, Anoikis daran zu hindern, ihre tödlichen Exkursionen abzubrechen, um neue Häuser in unserem Körper zu finden.
Einige Krebsmedikamente zielen auf den programmierten Zelltod ab, um diese Prozesse zu reaktivieren und die Krebszellen zu töten. Aber Zelltodwege passieren nicht isoliert, und die Aktivierung einer Art von Zelltod garantiert nicht, dass eine Zelle nicht auf einen anderen Weg wechselt, wodurch der therapeutische Effekt vermieden wird.
Jenseits von Krebs
Die Entzündungsreaktion auf die Freisetzung von DAMPs, die auf Nekro- und Pyroptose und in gewissem Maße auf Apoptose folgt, kann sowohl unmittelbare als auch langfristige Konsequenzen haben.
Die durch DAMPs induzierte Entzündung kann über die Phagozyten hinausgehen und zu einer allgemeinen oder systemischen Entzündung führen. Dies wiederum kann zu einer lebensbedrohlichen Sepsis führen.
Wissenschaftler haben auch begonnen, den Zusammenhang zwischen Nekroptose und verschiedenen entzündlichen Erkrankungen wie COPD und Atherosklerose zu verstehen. Die Pyroptose wurde kürzlich auch mit der Entwicklung von systemischem Lupus in Verbindung gebracht.
Es wird angenommen, dass der Zelltod bei neurodegenerativen Erkrankungen – einschließlich der Alzheimer-Krankheit, der Parkinson-Krankheit und der Huntington-Krankheit – über die Apoptose beschädigter Zellen erfolgt.
Die Nekroptose wurde auch mit der Huntington-Krankheit und der amyotrophen Lateralsklerose in Verbindung gebracht, und Wissenschaftler betrachten zunehmend den Zusammenhang zwischen Entzündung und Neurodegeneration.
Um dieses komplexe Zusammenspiel zwischen Krankheit und programmiertem Zelltod in Angriff zu nehmen, ist eine ganzheitliche Betrachtung der Vielzahl der beteiligten Signalwege und Prozesse notwendig.
"Crosstalk zwischen diesen Wegen bietet möglicherweise zahlreiche Backup-Mechanismen für Zelltod-Programme und könnte erklären, warum die Hemmung eines einzelnen Programms oft geringe Folgen für den Organismus hat."
Douglas R. Green, Ph.D.
Sobald sich ein vollständigeres Bild ergibt, könnte es möglich sein, den Zelltod mit therapeutischen Interventionen anzugehen, die darauf abzielen, Krebsmetastasen, übermäßige Entzündungen und Neurodegeneration zu verhindern. Daher ist der programmierte Zelltod normal und vital, aber manchmal kann er schief gehen, was zu ernsthaften Gesundheitsproblemen führen kann.
