Zellzustands

Der Begriff Zellzustand bezeichnet den aktuellen physiologischen und funktionellen Zustand einer Zelle, der sich aus Genexpression, Stoffwechsel, Signaling-Netzwerken und Umweltbedingungen ergibt. Er ist dynamisch und ändert sich auf Reize wie Nährstoffverfügbarkeit, Stress oder Signale aus der Umgebung.

Zellzustände werden von intrinsischen Faktoren wie dem genetischen Programm, der Epigenetik und der Zelldifferenzierung geprägt sowie von extrinsischen Faktoren wie Nährstoffen, Sauerstoffgehalt, Wachstumsfaktoren, Immunzonen und Belastungen beeinflusst. Häufig wird der Zellzustand in verschiedene Domänen eingeteilt, zum Beispiel in Stoffwechselzustand (Glykolyse versus oxidative Phosphorylierung), Zellzyklusphase (G0, G1, S, G2, M), Differenzierungs- bzw. Pluripotenzstatus sowie Stressantworten (DNA-Schadensreaktion, Unfolded-Protein-Reaktion) oder Seneszenz.

Meß- und Analysemethoden zur Bestimmung des Zellzustands umfassen Transkriptom- und Proteom-Profile, Metabolomik, bildgebende Verfahren sowie die Bestimmung von Oberflächenmarkern und der Lebensfähigkeit. In der Einzelzell-Analytik wird der Zellzustand genutzt, um Heterogenität und Übergänge zwischen Zuständen zu charakterisieren. Die Identifikation von Zellzuständen ist zentral in der Entwicklungsbiologie, der Gewebehomöostase, der Stammzellforschung und der Krebsforschung, wo Plastizität und Zustandswechsel die Differenzierung, Immunantworten und Therapieresistenz beeinflussen können.

Typische Beispiele sind unterschiedliche Stoffwechsel- oder Differenzierungszustände von Zellen sowie transitionsprozesse wie die epithelial-mesenchymale Transition. Methoden wie Einzelzell-RNA-Sequenzierung, Massenspektrometrie oder hochauflösende Bildgebung ermöglichen eine detaillierte Beschreibung dieser Zustände, wobei Herausforderungen wie begrenzte Messgenauigkeit, zeitliche Dynamik und Überschneidungen zwischen Zuständen bestehen.