Zellsignalen

Zellsignale bezeichnen die Prozesse, durch die Zellen Informationen aus ihrer Umwelt oder von anderen Zellen aufnehmen, verarbeiten und darauf reagieren. Signale gelangen meist durch chemische Botenstoffe – Liganden – zu spezifischen Rezeptoren an der Zelloberfläche oder im Zellinneren. Je nach Herkunft des Signals unterscheidet man autokrine, parakrine, endokrine und juxtakrine Kommunikation. Dadurch koordinieren Zellen Funktionen in Geweben, Organen und ganzen Organismen.

Nach der Bindung des Liganden lösen Rezeptor-aktivierte Signale eine Signalkaskade aus, die aus Transkriptionsfaktoren, sekundären Botenstoffen und Enzymen besteht. Typische Bausteine sind Rezeptoren wie G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs), Rezeptortyrosinkinasen (RTKs), Ionenkanal-Rezeptoren sowie Zytoplasmamoleküle. Sekundäre Botenstoffe wie cAMP, Ca2+, IP3 und DAG übertragen die Information weiter. Signalwege wie MAPK/ERK, PI3K/Akt, JAK/STAT, TGF-β/SMAD oder Notch integrieren Signale, verstärken sie oder drosseln sie. Die Zelle kann je nach Kontext die Aktivität von Genen, Stoffwechselwegen, Zelltätigkeiten oder Überlebensprogrammen ändern. Signalübertragungen zeigen oft Verzögerung, Spezifität und Plastizität und werden durch Feedback-Mechanismen, Substratverfügbarkeit und räumliche Trennung moduliert.

Die richtige Regulierung von Zellsignalen ist entscheidend für Entwicklung, Homöostase und Immunantwort. Fehler in Signalwegen tragen zur Entstehung zahlreicher Erkrankungen bei, darunter Krebs, Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und neurologische Störungen. Aus diesem Grund sind Signaling-Proteine zentrale Ziele in der Pharmakologie; viele Therapien zielen darauf ab, Signale abzuschwächen, zu verstärken oder zu umgehen.

Die Erforschung von Zellsignalen nutzt Methoden aus Biochemie, Zellbiologie und Imaging, etwa FRET-basiertes Messverfahren, Reporter-Gene, Western Blot, RNA-Seq und Bildgebung. Das Verständnis der Signalwege ermöglicht Einblicke in Grundprinzipien der Zellbiologie sowie die Entwicklung neuer Diagnose- und Behandlungsmethoden.