Apoptose

Apoptose ist ein Begriff, der den programmierten Zelltod beschreibt [1][2].

Apoptose ist eine vitale Funktion der Zellen des Körpers, die seine Funktionsfähigkeit und sein Überleben sichert [3]. Durch sie werden der normale Zell-Turnover, die Terminierung von Zellzyklen, die Eliminierung von Tumorzellen und die Funktionsfähigkeit des Immunsystems gesichert [4]. Ist die Fähigkeit zur Apoptose nicht ausgewogen ausgeprägt, so können Krankheiten entstehen oder gefördert werden, wie Autoimmunkrankheiten, lymphoproliferative Krankheiten und Krebs. Die Regulierung des Zellzyklus in den verschiedenen Geweben und Organen unterliegt einem komplexen Zusammenspiel, das zu beeinflussen einen Ansatz zur Bekämpfung verschiedener Krankheiten verspricht.

Genetische Fixierung


Die Apoptose als programmierter Zelltod ist genetisch fixiert [5]. Sie dient bei der Entwicklung und der Alterung eines Organismus zur Aufrechterhaltung der Größe einer sich regenerierenden Zellpopulation und eines Organs.

Mechanismus der Apoptose


Der programmierte Zelltod kann durch verschiedene Stimuli organ- oder gewebespezifisch eingeleitet werden. Glukokortikoide beispielsweise führen zu einer Reduktion von lymphatischem Gewebe im Thymus; die Strahlentherapie führt zur Apoptose dafür empfindlicher Zellen, Tumornekrosefaktoren (TNF) lösen Zelltod bestimmter Krebszellen aus. Andere Auslösen sind beispielsweise eine Hypoxie (sauerstoffuntersättigung in Geweben und Organen) oder ein spezifischer zytotoxischer T-Zell-Angriff auf Zellen, die bestimmte Antigene auf ihrer Oberfläche tragen.

Die Apoptose ist ein energieabhängiger Prozess, der einen komplexen biochemischen Ablauf umfasst. Bei der Einleitung der Selbstzertörung spielt die Aktivierung von Caspasen (Gruppe von Cystein-Proteasen) eine entscheidende Rolle [6]. [7]. Ein zweiter Mechanismus, der über zytotoxische T-Zellen eingeleitet wird, beinhaltet den Perforin-Granzym-Pathway, der z. B. bei der Tumorzell-Bekämpfung aktiviert wird[8].

Die Endstrecke der Zellzerstörung ist offenbar in allen Fällen ähnlich: es kommt zur frühzeitigen Expression von Signalen auf der Zelloberfläche, die Makrophagen zur Phagozytose anregen, sowie zur enzymatischen Spaltung von Proteinen und der Kern-DNA, wobei auch eine zytoplasmatische Endonuklease eine Rolle spielt.

Histologie

Der programmierte Zelltod ist histologisch dadurch erkennbar [9], dass die sich selbst zerstörenden Zellen schrumpfen und in der HE-Färbung (Hämatoxilin-Eosin-Färbung) ein dichteres eosinophiles Zytoplasma bekommen, ihre Kerne werden durch Kondensation ihrer DNA ebenfalls kleiner („pyknotisch“) und färben sich dunkelblau an. Sie können vereinzelt im Gewebe verstreut liegen (wie z. B. bei einer Hepatitis zugrunde gehende Hepatozyten im Lebengewebe) oder in Clustern, wie z. B. im Arealen einer Minderdurchblutung. Häufig erkennt man Ausstülpungen der Plasmamembran, eine Bläschenbildung („blebbing“ oder „budding“), die von einem Kernzerfall gefolgt wird. Die Rückstände einer durch Selbstzerstörung zerfallenden Zelle werden durch Gewebsmakrophagen phagozytiert und entsorgt (siehe hier).

Apoptose vs. Nekrose

Eine Apoptose unterscheidet sich von einer Nekrose dadurch, dass sie durch ein genetisch fixiertes Selbstzerstörungsprogramm zum Zelltod führt, die Nekrose dagegen durch direkte toxische Einflüsse, wie z. B. durch Säure oder Detergenzien [10]. Allerdings können auch toxische Substanzen je nach Konzentration gleichzeitig eine Apoptose auslösen, so dass beide Mechanismen gleichzeitig ablaufen.

Verweise

Literatur

  1. ? Br J Cancer. 1972 Aug; 26(4):239-57
  2. ? Toxicology. 2002;181–182:471–4
  3. ? Toxicol Pathol. 2007 Jun;35(4):495-516
  4. ? Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2001; 41():367-401
  5. ? Trends Genet. 1998 Oct; 14(10):410-6.
  6. ? Science. 1998 Aug 28; 281(5381):1312-6
  7. ? J Cell Biol. 2012 Feb 20;196(4):513-27
  8. ? Immunity. 2007 Oct;27(4):635-46
  9. ? Cell Tissue Res. 2000 Jul; 301(1):5-17.
  10. ? Am J Pathol. 1995 Jan; 146(1):3-15