Zelltodprogramm

Zelltodprogramm, im biologischen Kontext oft als programmiertes Zelltodverfahren bezeichnet, ist ein regulierter Prozess, durch den Zellen gezielt abbauen und aus dem Organismus entfernt werden. Es unterscheidet sich vom unkontrollierten Zelltod durch Verletzungen (Nekrose) durch eine kontrollierte Signalgebung, die Gewebeentwicklung, Homöostase und das Überleben des Organismus unterstützt.

Die beiden zentralen Wege des Zelltodprogramms sind der intrinsische (zellinterna) und der extrinsische (zelluläre Rezeptorwege). Beim intrinsischen Weg führen Stressfaktoren wie DNA-Schäden oder oxidative Belastung zur Aktivierung der Bcl-2-Familienproteine Bax und Bak, die die mitochondriale Membran permeabilisieren. Es kommt zur Freisetzung von Cytochrom c, der Bildung eines Apoptosoms mit APAF1 und Caspase-9, und schließlich zur Aktivierung der Ausführungscaspasen wie Caspase-3. Der extrinsische Weg wird durch Bindung von Todesrezeptoren wie Fas/CD95 oder TNF-R an Liganden aktiviert, was zum Assemblierung von FADD und Caspase-8 führt. Caspase-8 kann zusätzlich den intrinsischen Weg durch Bid genügend verknüpfen. Beide Wege enden in der Aktivierung von Effektor-Caspasen, die den Zelltod auslösen.

Typische Merkmale der Apoptose sind Zellschrumpfung, Chromatinladung, DNA-Fragmente, Membranblebbing und die Bildung von apoptotischen Körpern, die von Makrophagen oder Nachbarzellen phagozytisiert werden. Der Vorgang ist in der Regel nicht durch entzündliche Reaktionen gekennzeichnet.

Zelluläre Regulation erfolgt durch Caspasen, die Bcl-2-Familie, p53 als Stresssensor, Inhibitoren der Apoptose (IAPs) sowie Signalwege, die externe Signale und Stresssignale integrieren. Dysregulation kann zu Krankheiten beitragen: mangelnde Apoptosehemmung begünstigt Krebsentwicklung, während übermäßige oder frühzeitige Apoptose mit neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht wird. In der Medizin wird Apoptose gezielt genutzt, um Tumorzellen zu eliminieren, während andere Formen des programmierten Zelltods zunehmend erforscht werden.