Nährstoffsignalwege

Nährstoffsignalwege sind regulatorische Netzwerke, die Zellen verwenden, um das Vorhandensein und die Konzentration von Nährstoffen zu erkennen und darauf zu reagieren. Sie steuern Transfusionswege, Metabolismus, Zellwachstum, Autophagie und Differenzierung. In Eukaryoten gliedern sich die wichtigsten Signalwege in zwei Großgruppen: Sensoren, die Nährstoffverfügbarkeit erkennen, und Effekteure, die die Zellantwort vermitteln.

Ein zentrales Signal ist das Target of Rapamycin (TOR) System, das Aminosäuren, ATP und Wachstumshormone integriert. Im Menschen bildet mTOR das TORC1- und TORC2-Komplexes, das das Zellwachstum, die Translation und die Mikrotubuläre Stabilität steuert. In Pflanzen ist das homologe SnRK1 system aktiv, wenn Kohlenhydrate knapp sind; es hemmt TOR, fördert Autophagie und reguliert den Energiehaushalt. In vielen Organismen wirkt AMP-Activated Protein Kinase (AMPK) als Energieregulator, das Energiereserven schützt, indem es metabolische Pfade reprogramme, wenn ATP niedrig ist.

Nährstoffsensoren umfassen Aminosäurenbindende Proteine (e. g. Sestrin, CASTOR), CO₂-Detektoren (e. g. AMPK-ähnliche Einheiten) und G‑Protein-gekoppelte Rezeptoren, die Glukose und Lipide aufnehmen. Die Signaltransduktion erfolgt häufig über Phosphorylierung von Transkriptionsfaktoren, Kontrollen von Enzymaktivität und Modulation des zellulären Traffics.

Nährstoffsignalwege beeinflussen wichtige Prozesse wie Insulinresistenz, Krebs-Progression, Alterung und Pflanzenwachstum. Durch genetische und pharmazeutische Modulation dieser Pfade können Therapien gegen metabolische Erkrankungen, Sportergonomie und biotechnologische Anwendungen bei Nutzpflanzen entwickelt werden. Der interdisziplinäre Ansatz verbindet Zellbiologie, Genetik und systemische Pharmakologie, um die Beiträge jedes Signalwegs zum Zellstoffwechsel klar zu verstehen.