Apoptose (griechische Apoptose - Blattfall) ist ein Prozess des programmierten Zelltods. Es ist ein völlig natürliches Phänomen, das die Entfernung abnormaler, beschädigter und gebrauchter Zellen aus dem Körper ermöglicht. Es lohnt sich herauszufinden, was genau es ist, ob Apoptose schädlich ist, wann sie auftritt und welche Prozesse dazu führen.
Inhaltsverzeichnis:
- Einleitung der Apoptose
- Der Verlauf der Apoptose
- Apoptose-Kontrolle
- Apoptose und Krankheiten
Apoptose ist ein physiologischer, natürlicher Prozess, der in jedem gesunden Organismus kontinuierlich abläuft. Er ist für das reibungslose Funktionieren des Organismus von wesentlicher Bedeutung. Dank der Apoptose kann der Körper die Anzahl und Qualität der Zellen kontrollieren. Dieser als programmierter Zelltod bekannte Prozess führt zur Eliminierung beschädigter, infizierter oder unnötiger Zellen und gewährleistet ein Gleichgewicht zwischen der Bildung neuer Zellen und der Zerstörung alter Zellen.
Störungen im Verlauf der Apoptose wirken sich sehr negativ aus, es gibt Krankheiten, deren Vorbeugung und Behandlung sehr schwierig sind - Krebs, Autoimmunerkrankungen. Vielleicht werden neue Behandlungsmethoden, die den Prozess der Apoptose in Krebszellen ermöglichen, zu einer wirksamen Behandlungsmethode.
Die Gesamtzahl der Zellen im Körper ist streng bestimmt und konstant. Jede länger anhaltende Änderung ihrer Anzahl kann sich negativ auf unsere Gesundheit auswirken. Daher bemüht sich der Körper um ein Gleichgewicht zwischen der Zerstörung von Zellen und der Bildung neuer Zellen. Der Zelltod kann auf verschiedene Arten ablaufen, von denen die wichtigsten sind:
- Nekrose (Nekrose) - wird durch äußere Faktoren verursacht: chemisch, mechanisch, physikalisch. Es ist ein pathologischer, abnormaler Prozess, über den der Körper keine Kontrolle hat. Dabei werden ganze Zellgruppen zerstört, und die Folge dieser Schädigung ist die Entwicklung des Entzündungsprozesses.
- Apoptose (programmierter Zelltod) ist sehr unterschiedlich, der Prozess ist völlig normal, physiologisch, einzellig und für einen normal funktionierenden Organismus essentiell.
- Autophagie - beinhaltet, dass die Zelle sich selbst durch ihre eigenen Enzyme verdaut.
Trotz ihrer negativen Auswirkungen ist Apoptose ein normales, regelmäßiges Phänomen. Sie zielt auf das Wohl des gesamten Organismus ab und ermöglicht den Ersatz ineffizienter, abgenutzter Zellen durch neue. Die entfernten Zellen sind hauptsächlich diejenigen, die für den Wirt gefährlich werden könnten, z. B. krebsartig oder neoplastisch.
Somit hilft Apoptose, die Homöostase aufrechtzuerhalten, d. H. Das Gleichgewicht des Organismus. Der Prozess des programmierten Zelltods ist ein sehr komplexes Phänomen, an dem Dutzende von Enzymen und Proteinen beteiligt sind. Der Zeitpunkt seines Auftretens ist ebenfalls nicht zufällig, sondern wird durch viele Signalwege bestimmt, die infolge von Zellschäden aktiviert werden: seine Organellen oder genetisches Material.
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Einleitung der Apoptose
Die Aktivierung der Apoptose ist mit der Aktivierung oder Hemmung der Wirkung bestimmter Proteine (pro und anti-apoptotisch) verbunden, die ständig in der Zelle vorhanden sind. Die Art und Weise, wie der Prozess abläuft, hängt von der Art und dem Reiz ab, der die Apoptose auslöst. Die Initiation ist die erste Anfangsphase, in der Signalwege aktiviert werden, die zur Entwicklung des Prozesses des programmierten Todes führen.
Der wichtigste von ihnen ist der sogenannte interne Weg, in dem Mitochondrien eine dominierende Rolle spielen, und der externe Weg, dessen Auslöser Signale von außerhalb der Zelle sind:
- Mangel an Wachstumsfaktoren, Hormonen
- Erhöhung der Konzentration einiger Zytokine (von Lymphozyten produzierte Moleküle)
- Wechselwirkungen mit benachbarten Zellen
- physische Faktoren
- Nährstoffmangel.
Im Falle des extrinsischen Weges wirken Umweltreize auf in der Zellmembran befindliche Rezeptoren (sogenannte Todesrezeptoren), die eine Kaskade intrazellulärer Signale auslösen, die zur Apoptose führen.
Im Falle des intrinsischen Weges spielen Mitochondrien eine Schlüsselrolle. Nach ihrer Schädigung durch verschiedene Faktoren werden in diesen Organellen proapoptotische Proteine exprimiert, die wiederum die Funktion der Mitochondrien schädigen und die Energieerzeugung verhindern.
Zusätzlich verursacht dieser Schaden die Freisetzung eines Proteins aus dem Mitochondrium - Cytochrom, was zu einer Erhöhung der Konzentration von Calciumionen in der Zelle beiträgt. Das Erhöhen der Menge dieses Ions ist ein Auslöser der Apoptose.
Der Verlauf der Apoptose
Der Übergang einer Zelle zur Apoptose kann durch Beobachtung ihrer Trennung von anderen erkannt werden. Dies ist der erste Schritt in diesem Prozess. Es resultiert aus Elektrolytverschiebungen, Zellentwässerung und Formänderungen. Dann wird der Zellkern fragmentiert und die sogenannten apoptorischen Körper gebildet. Dies sind Zelltrümmer, die von benachbarten Zellen absorbiert oder von Makrophagen "gefressen" werden. Ein solcher Verlauf der Apoptose bewirkt, dass die Zelle "still" entfernt wird und keine allgemeine Reaktion - Entzündung - entsteht.
Wie bereits erwähnt, sind verschiedene Enzyme an diesem Prozess beteiligt: Caspasen, die im Kern und im Zytoplasma enthaltene Proteine verdauen, Transglutaminasen und endonukleolytische Enzyme, die für das Schneiden von DNA verantwortlich sind. Der Verlauf des gesamten Zerstörungsprozesses (Apoptose-Ausführung) kann in mehrere Phasen unterteilt werden:
1. Die Kontrollentscheidungsphase - Sie besteht darin, dem Zellkern Informationen über die Aktivierung von Reparaturmechanismen oder deren Aufgabe und den Beginn des Zerfalls der Zellen zu übermitteln. Caspasen, BID- und BAX-Proteine sind an diesem Prozess beteiligt, und T-Lymphozyten setzen Granzyme in den Zellen frei, die unter anderem Calciumionen freisetzen, die die Apoptose stimulieren.
2. Exekutivphase - In diesem Stadium entwickeln Caspasen ihre volle Funktion - sie zerstören zelluläre Proteine - strukturell und enzymatisch:
- DNA-Polymerase und DNA-Kinase, die die Reparatur von Nukleinsäuren verhindern
- Laminen, die die Kernmembran beschädigen.
In dieser Phase findet die Dehydratisierung der Zelle statt, weitere Veränderungen in Form und Größe, DNA-Fragmentierung (durch Endonuklease), dann Zellfragmentierung und die Bildung apoptotischer Körper. Diese Caspasen sind intrazelluläre Enzyme, die Proteine an bestimmten Stellen schneiden - eine bestimmte Sequenz von Aminosäuren. Ihre Aktivierung erfolgt Lawinenartig - die aktivierte Caspase aktiviert die nächste.
Interessanterweise bleiben zelluläre Organellen trotz des Abbaus vieler zellulärer Proteine unbeschädigt und gelangen vollständig in die Apoptorkörper.
3. Die Reinigungsphase besteht in der Phagozytose, dh der Absorption der Zelltrümmer, meistens durch die Phagozytenzellen - Makrophagen.
Apoptose-Kontrolle
Apoptose ist ein streng regulierter Prozess - sowohl seine Einleitung als auch sein Verlauf. Die Kontrolle ist in erster Linie die Bcl-2-Proteinfamilie, sie umfasst anti-apoptotische Proteine - sie wirken der Entwicklung von Apoptose (z. B. Bcl-2, Bcl-XL, Bcl-w) und pro-apoptotisch entgegen - und fördern deren Auftreten durch Schädigung der Mitochondrienmembran (Bid, Bak, Schlecht).
Die Expression oder Aktivität dieser Proteine hängt von den Bedingungen ab, unter denen die Zelle vorhanden ist, sowie von ihrem Zustand. Wenn der Schaden groß ist oder die äußeren Bedingungen nicht günstig sind, werden proapoptotische Proteine aktiviert.
Unter normalen Bedingungen dominieren anti-apoptotische Proteine und hemmen den Prozess des programmierten Zelltods. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass die Apoptose auch durch Gene gesteuert wird, von denen eines das p53-Gen ist, das zu den proapoptotischen Faktoren gehört. Sein Produkt, das p53-Protein, löst den Prozess des suizidalen Zelltods aus, wenn die Schädigung des genetischen Materials so schwerwiegend ist, dass eine DNA-Reparatur unmöglich ist.
Daher wird dieses Protein manchmal als "Hüter des Genoms" bezeichnet, da es bestimmt, ob eine Zelle die Zellteilung stoppt, um aufgetretene Schäden zu reparieren, oder ob sie Apoptose verursacht.
Apoptose und Krankheiten
Es wurde nachgewiesen, dass das Ungleichgewicht zwischen der Bildung neuer Zellen und der Eliminierung alter Zellen die Ursache vieler Krankheiten ist. Daher ist die zelluläre Kontrolle der Apoptose äußerst wichtig und ihre Störung kann sehr schwerwiegende Folgen haben.
Wenn Zellen gegen den Tod durch Apoptose resistent sind, kann sich Krebs oder eine Autoimmunerkrankung (z. B. rheumatoide Arthritis) entwickeln. In beiden Fällen durchlaufen erkrankte Zellen keinen apoptotischen Prozess, sie sind aufgrund genetischer Mutationen oder abnormaler Aktivität von pro und anti-apoptotischen Proteinen "resistent" dagegen. Andererseits kann eine übermäßige Compliance und Eliminierung zu vieler Zellen zu degenerativen Erkrankungen und Organschäden führen.
Derzeit getestet, wirken die neuesten onkologischen Medikamente im Stadium der Apoptose - der Wirkmechanismus besteht darin, das Vorhandensein von proapoptotischen Proteinen zu fördern - und das Auftreten von Apoptose in Tumorzellen zu fördern. Strahlentherapie und "Standard" -Chemotherapie wirken auf ähnliche Weise, um Apoptose zu induzieren. Beide Behandlungen verursachen zellulären Stress, der zum Tod von Tumorzellen führt. Leider ist eine solche Therapie nicht immer wirksam, da die Aktivität von Faktoren, die die Apoptose hemmen, in Tumorzellen nicht selten erhöht ist, was es nicht nur schwierig macht, sie zu bekämpfen, sondern auch zu unkontrolliertem Wachstum und Vermehrung führt.
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