Zellzustände

Zellzustände bezeichnen den aktuellen funktionellen Zustand einer Zelle, der durch Muster der Genexpression, Proteomik, Stoffwechsel und Signaleingänge bestimmt wird. Der Begriff unterscheidet sich von dem stabileren Konzept des Zelltyps, der eher eine langfristige Identität beschreibt. Zellzustände sind dynamisch und kontextabhängig, beeinflusst durch Entwicklungsphase, äußere Reize, Stressbedingungen und Gewebeumgebung.

Typen und Beispiele von Zellzuständen umfassen den Zellzyklus (G1, S, G2, M), Differenzierungs- und Reifungszustände, sowie Aktivierungs- und Effektorzustände. Metabolisch kann eine Zelle zwischen glycolytischer und oxidative Phosphorylierung dominieren. Im Immunsystem stehen naive, aktivierte, effectorische und Gedächtniszellen im Fokus. Bei Stammzellen lassen sich naiver, multipotenter oder differenzierter Zustandsverlauf unterscheiden. Zusätzlich können Ruhe- bzw. Seneszenzzustände auftreten. Zellzustände sind oft durch charakteristische Muster der Genexpression und Proteinmarker definiert und können sich rasch ändern, etwa als Reaktion auf Signale oder Stress.

Messmethoden zur Bestimmung von Zellzuständen umfassen Einzelzell-RNA-Sequenzierung, proteomische Ansätze (z. B. CyTOF), Metabolomik sowie bildgebende Techniken. Die kartografische Erfassung von Zellzuständen unterstützt das Verständnis von Entwicklung, Immunantworten, Gewebehomöostase sowie Krankheitsprozessen wie Krebs und Alterung. Herausforderungen ergeben sich aus der Temporalität, der Überlappung von Zuständen und der Frage, wann Zustandswechsel dauerhaft oder transitorisch sind.

In der Forschung wird der Fokus darauf gelegt, wie Zustandswechsel gesteuert oder beeinflusst werden können, um Geweberegenerierung, Immunreaktionen oder Therapien besser zu verstehen.