Apoptose
Unter der Apoptose (griechisch απόπτωση - in etwa der Abwurf, Niedergang) versteht man eine Form des physiologischen Zelltods, der von einer biologischen Zelle im Gegensatz zur Nekrose selbst durchgeführt wird. Beide lassen sich optisch leicht unterscheiden. Während bei der Apoptose ein Schrumpfen der Zelle einsetzt und eine Zerteilung der DNA durch Endonukleasen in definierte Stücke stattfindet, schwillt bei der Nekrose die Zelle an, wobei deren Plasmamembran zerstört wird. Als Folge kommt es oft zu Enzündungen, da hierbei Zellplasma und Zellorganellen freigesetzt werden, welche durch Makrophagen (Fresszellen) "entsorgt" werden müssen. In der Folge kommt es zur Entzündung. Im Vergleich zur Nekrose, ist die Apoptose die häufigere Form des Zelltods.
Für den tierischen Organismus ist die Apoptose von zweierlei Bedeutung : Bei der Entwicklung und der Immunabwehr.
Die Apoptose ist ein für die Embryonalentwicklung und Funktion aller mehrzelligen Lebewesen essentieller Vorgang. So werden beispielsweise bei der Entwicklung von menschlichen Gliedmaßen eines Embryos zuerst sogenannte plattenförmige Gewebsknospen ausgebildet, die an den Finger- und Zehenzwischenräumen absterben und so die Gliedmaßen ihre endgültige Form ausbilden können. Mechanismen der Apoptose scheinen auch für die Durchsichtigkeit der Augenlinse verantwortlich zu sein.
Für unser Immunsystem spielen zum Beispiel B-Lymphozyten eine große Rolle. Sie bekämpfen Erreger, indem sie Antikörper bilden. Ist die Infektionskrankheit bekämpft, so werden die B-Lymphozyten nicht mehr benötigt. Sie werden durch Apoptose entfernt und die Immunantwort somit abgeschaltet. Weiterhin werden Lymphozyten, die sich gegen körpereigenes Gewebe richten würden (siehe Autoimmunerkankungen), durch Apoptose unschädlich gemacht. Die Apoptose ist also ein Bestandteil der Selbsttoleranz und der Eigenkontrolle des Immunsystems.
Auch für die Krebsforschung ist die Apoptose von Bedeutung, da sie Zellen eliminiert , die durch Mutationen oder virale Infekte geschädigt sind. Ein Ziel der Krebsforschung ist es, kontrollierte Apoptosen bei enarteten Zellen auszulösen.
Für ihre Erforschung wurde im Jahr 2002 der Nobelpreis vergeben; gegenwärtig wird die Apoptose besonders im Zusammenhang mit der Krebsentstehung und verschiedenen Autoimmunerkrankungen erforscht.
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Detailierte Vorgänge
Zu finden:
- Bei der Entwicklung: Entfernen des Gewebes an den Finger- und Zehenzwischenräumen
- Das ganze Leben hinlang entfernen von nicht mehr funktionsfähigen, nicht mehr benötigten und kranke Zellen (z.B. die Hautzellen, Zellen der Magenwand & des Darms, Selbstmord von Krebszellen uvm.)
- Zelltod der Zellen von Glaskörper und Linse des Linsenauges, was zur Durchsichtigkeit der Augenlinse verantwortlich ist.
- Selektion von Keimzellen (Eizellen und Spermien). Ca. 95% der Keimzellen vor dem Erreichen ihrer Reife apoptotisch getötet, da sie nicht den biologisch hohen Ansprüchen der Fortpflanzung genügen.
- Im Tierreich: Bei der Verwandlung der Kaulquappe zum Frosch wird der Schwanz durch Apoptose zurückgebildet
Verschiedene Signale aus der Umgebung der Zelle können bewirken, dass diese den Zellzyklus verlässt und die Apoptose einleitet, darunter z.B. Entzug von Wachstumshormonen (passive Apoptose) oder Aktivierung von Rezeptoren auf der Zellmembranoberfläche (aktive Apoptose).
Auch Signale aus dem Zellinnern können Apoptose auslösen, nachdem z.B. DNA beschädigt wurde.
Sowohl externe als auch interne Signale führen dazu, dass Cytochrom C aus den Mitochondrien freigesetzt wird und so genannte Caspasen aktiviert werden, welche die DNA der sterbenden Zelle zerschneiden. Letztendlich löst sich die Zelle in ihre Bestandteile auf, die wiederum durch spezialisierte "Fresszellen" (Phagozyten) aufgenommen werden.
Ablauf der Apoptose im Gewebe
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Nobelpreis für Medizin
Für ihre Entdeckungen betreffend die genetischen Regulation der Organentwicklung und des programmierten Zellsterbens erhielten die Wissenschaftler Sydney Brenner (Großbritannien),H. Robert Horvitz (USA) und John E. Sulston (Großbritannien) im Jahre 2002 den Nobelpreis für Medizin.
Literatur
- Hubert Hug: Apoptose: Die Selbstvernichtung der Zelle als Überlebensschutz. Biologie in unserer Zeit 30(3), S. 128 - 135 (2000), ISSN 0045-205X
- Stefan Grimm: Die Apoptose: Programmierter Zelltod. Chemie in unserer Zeit 37(3), S. 172 - 178 (2003), ISSN 0009-2851
- Fritz Höffeler: Die Maschinerie der Apoptose: Chronik eines angekündigten Todes. Biologie in unserer Zeit 34(1), S. 16 - 23 (2004), ISSN 0045-205X
Weblinks
- Nobelpreis für Medizin und Physiologie 2002
- Lawen, A. (2003): Apoptosis – an introduction. BioEssays 25, 888-896. [1]