Apoptose Definition
Apoptose ist ein Prozess, der in vielzelligen auftritt, wenn eine Zelle absichtlich „entscheidet“ zu sterben. Dies geschieht häufig zum Wohle des gesamten Organismus, z. B. wenn die DNA der Zelle beschädigt wurde und krebsartig werden kann.
Apoptose wird als „programmierter“ Zelltod bezeichnet, da sie auf biochemische Veränderungen in der DNA der Zelle zurückzuführen ist; Dies steht im Gegensatz zum Prozess der „Nekrose“, wenn eine Zelle aufgrund eines Traumas oder Entzugs von außen stirbt.,
Wie viele andere komplexe zelluläre Prozesse wird Apoptose durch Signalmoleküle ausgelöst, die der Zelle mitteilen, dass es Zeit ist, zellulären „Selbstmord“ zu begehen.“
Die beiden Haupttypen von Apoptosewegen sind „intrinsische Wege“, bei denen eine Zelle aufgrund des Nachweises von DNA-Schäden ein Signal erhält, sich von einem ihrer eigenen Gene oder Proteine zu zerstören.und“ extrinsische Wege“, bei denen eine Zelle ein Signal empfängt, um Apoptose von anderen Zellen im Organismus zu starten., Der extrinsische Weg kann ausgelöst werden, wenn der Organismus erkennt, dass eine Zelle ihre Nützlichkeit überlebt hat oder nicht mehr eine gute Investition für den Organismus ist.
Apoptose spielt eine Rolle bei der Entstehung und Verhinderung einiger wichtiger medizinischer Prozesse. Beim Menschen spielt Apoptose eine wichtige Rolle bei der Krebsprävention, indem Zellen mit geschädigter DNA „Selbstmord“ begehen, bevor sie krebsartig werden können., Es spielt auch eine Rolle bei der Atrophie der Muskeln, bei der der Körper entscheidet, dass es keine gute Idee mehr ist, Kalorien für die Aufrechterhaltung der Muskelzellen auszugeben, wenn die Zellen nicht regelmäßig verwendet werden.
Da Apoptose Krebs vorbeugen kann und Probleme mit Apoptose zu einigen Krankheiten führen können, wurde Apoptose seit den 1990er Jahren von Wissenschaftlern intensiv untersucht.
Funktion der Apoptose
Apoptose ist eine wichtige evolutionäre Anpassung, da sie es Organismen ermöglicht, ihre eigenen Zellen zu zerstören., Auf den ersten Blick mag das nach einer schrecklichen Idee klingen. Warum würdest du einen Teil von dir zerstören?
Nun, vielleicht, wenn dieser Teil von Ihnen für den Rest gefährlich geworden wäre, wie im Fall von Zellen mit geschädigter DNA, die krebsartig werden könnten. Apoptose ist ein Hauptkiller von präkanzerösen Zellen, und Menschen mit Mutationen, die verhindern, dass Apoptose richtig funktioniert, bekommen viel häufiger Krebs.
Mehrzellige Organismen möchten möglicherweise auch Zellen verlieren, die für den Organismus nicht mehr nützlich sind. Wir werden unten einige wirklich spektakuläre Beispiele dafür nennen, wann der Zelltod eine gute Sache ist.,
Beispiele für Apoptose
Von Kaulquappe zu Frosch
Ein spektakuläres Beispiel dafür finden sich in Froschquappen, die ganze Körperstrukturen zerstören und wieder aufnehmen, wenn sie sich in Frösche verwandeln.
Zellen aus Kaulquappen-Kiemen, – flossen und-schwanz werden „angewiesen“, durch Apoptose-Signale zu sterben, wenn die Kaulquappe reift. Die Rohstoffe dieser zerlegten Zellen werden zu Baustoffen und Nahrungsmitteln für ihre neuen wachsenden Gliedmaßen.,
Entwicklung des menschlichen Nervensystems
Während der frühen Entwicklung des menschlichen Nervensystems sterben eine große Anzahl von Zellen durch Apoptose. Warum sollte das so sein?
Die Wahrheit ist, Wissenschaftler sind sich nicht ganz sicher, warum im sich entwickelnden Nervensystem so viel programmierter Zelltod auftritt. Einige denken, dass die Bildung der richtigen Verbindungen ein komplexer und potenziell schwieriger Prozess für junge Neuronen ist.und weil maximale Effizienz des Nervensystems definitiv im besten Interesse des Organismus ist.,
Nerven benötigen große Mengen an Energie, um zu funktionieren – tatsächlich verbraucht das Nervensystem etwa 20-25% aller im menschlichen Körper verbrauchten Kalorien!
Neuronen müssen auch ihren Weg zu sehr präzisen Zielen finden. Früh in der Entwicklung wachsen Neuronen aus wütend teilenden Stammzelleneltern und folgen chemischen Signalen, um zu versuchen, die richtigen Zielzellen zu finden, mit denen sie sich verbinden können. Es müssen Verbindungen zwischen Gehirn und Haut, zwischen Gehirn und Muskeln, zwischen Neuronen im Gehirn und Stäbchen-und Kegelzellen in der Netzhaut usw. hergestellt werden..,
Um dieses unglaublich komplexe Targeting zu erstellen, wächst das sich entwickelnde Nervensystem einfach viel zu viele Zellen. Diejenigen, die sich effizient mit den richtigen Zielen verbinden, werden häufig verwendet und bleiben erhalten. Aber diejenigen, die nicht effizient Kontakt aufnehmen und nicht verwendet werden, sterben häufig durch Apoptose ab.
Es kann sein, dass diese Theorie darüber, warum Neuronen während der Entwicklung sterben, richtig ist; Es kann auch sein, dass Wissenschaftler wichtige Entdeckungen machen werden, von denen wir noch nicht geträumt haben und die erklären, warum es so viel Apoptose im sich entwickelnden Nervensystem gibt., Mehr Forschung ist sicherlich erforderlich!
Mausfüße
Während der Embryonalentwicklung beginnen die Füße von Mäusen als flache, spatenförmige Dinge. Während die Entwicklung fortschreitet, trennen sich die Füße in fünf verschiedene Zehen durch den Prozess der – Sie haben es erraten – Apoptose! Zellen, die die Zehen verbinden, sterben ab, um die unterschiedlichen Lücken zwischen ihnen zu schaffen.
Dies ist ein Beispiel dafür, wie programmierter Zelltod verwendet werden kann, um nützliche Strukturen zu formen und nützliche Funktionen zu erstellen, zusätzlich zu nicht benötigten.,
Apoptose und Krebs
Eine primäre Funktion der Apoptose besteht darin, Zellen zu zerstören, die für den Rest des Organismus gefährlich sind. Ein häufiger Grund für Apoptose ist, wenn eine Zelle erkennt, dass ihre DNA stark geschädigt wurde. In diesen Fällen löst der DNA-Schaden Apoptose-Pfade aus und stellt sicher, dass die Zelle kein bösartiger Krebs werden kann.
Dieser Prozess schlägt jedoch manchmal eindeutig fehl. Alle Fälle von Krebs sind vermutlich Fälle, in denen eine beschädigte Zelle keine Apoptose begangen hat, sondern mehr von sich selbst gemacht hat.,
Apoptose kann möglicherweise nicht auftreten, wenn essentielle Gene, die dafür benötigt werden, zu denen gehören, die geschädigt sind. Einige Ärzte und Wissenschaftler haben die Apoptose jedoch intensiv untersucht, in der Hoffnung, dass sie lernen können, sie mithilfe neuer Medikamente oder anderer Therapien gezielt in Krebszellen auszulösen.
Wie bei allen Arzneimitteln zur Abtötung von Krebszellen besteht die Herausforderung bei Arzneimitteln zur Induktion von Apoptose darin, sicherzustellen, dass diese Arzneimittel nur Krebszellen beeinflussen. Ein Medikament, das sowohl gesunde als auch krebsartige Zellen zum programmierten Zelltod veranlasst, könnte sehr gefährlich sein.,
Das Bild ist möglicherweise auch nicht ganz so einfach wie “ Krebs tritt auf, wenn die Apoptose fehlschlägt.“Die Forschung hat vorgeschlagen, dass einige Krebsarten in Zellpopulationen auftreten können, in denen Apoptose leichter auftritt, als es sollte; Möglicherweise wurden diese Zellen gezwungen, „zu lernen“, überenthusiastische Apoptose-Signale zu ignorieren und anschließend keine Apoptose zu begehen, selbst wenn sie schwere Schäden erlitten haben.,
Andere Untersuchungen haben ergeben, dass Krebszellen, die aufgrund der Wirkung von Medikamenten sterben, häufig durch Apoptose sterben – was darauf hindeutet, dass Krebsarten, die besonders Apoptose-resistent sind, auch besonders behandlungsresistent sein können.
Es ist viel mehr Forschung zum Thema Krebsbehandlung erforderlich, und das Verständnis der Apoptosewege ist ein äußerst vielversprechender Weg, um neue Durchbrüche zu erzielen!
Apoptoseweg
Es gibt zwei Haupttypen von Apoptosewegen, von denen jeder einen wichtigen Punkt darüber veranschaulicht, wie Apoptose ausgelöst wird und warum sie nützlich ist.,
Beide Hauptwege sind in der Grafik unten dargestellt. Die Schritte werden in den folgenden Listen ausführlicher erläutert:
Extrinsischer Weg
Im“ extrinsischen “ Weg zur Apoptose wird von außerhalb der Zelle ein Signal empfangen, das sie anweist, einen programmierten Zelltod zu begehen. Dies kann auftreten, wenn die Zelle nicht mehr benötigt wird oder wenn sie krank ist.,
Wie viele Wege, um komplexe Veränderungen in einer Zelle herbeizuführen, umfasst der extrinsische Weg zur Apoptose viele Schritte, von denen jeder durch Genexpression oder durch andere Moleküle „hochreguliert“ oder „herunterreguliert“ werden kann:
Schritt 1:
Wie die meisten Signale zwischen Zellen beginnt der extrinsische Weg der Apoptose mit einem Signalmolekül, das an einen Rezeptor an der Außenseite der Zellmembran bindet.
Zwei häufige Arten chemischer Botenstoffe, die den extrinsischen Weg zur Apoptose auslösen, sind FAS und TRAIL., Diese Moleküle können von benachbarten Zellen ausgeschieden werden, wenn eine Zelle beschädigt ist oder nicht mehr benötigt wird.
Die Rezeptoren, die an FAS und TRAIL binden, werden als „FASR“ für „FAS-Rezeptor“ oder „TRAILR“ für „TRAIL-Rezeptor“ bezeichnet.“
Wie bei den meisten Rezeptorproteinen binden FASR und TRAILR an ihr Signalmolekül – manchmal auch als“ Ligand “ bezeichnet–.
Der Bindungsprozess bewirkt Veränderungen der intrazellulären Domäne des Rezeptors.
Schritt 2:
Als Reaktion auf die Veränderungen im intrazellulären Bereich von TRAILR oder FASR ändert sich auch ein Protein in der Zelle namens FADD.,
FADDS Name ist entweder amüsant oder erschreckend: Er steht für „FAS-Associated Death Domain“ Protein.
Sobald FADD durch Veränderungen am Rezeptor aktiviert wurde, interagiert es mit zwei zusätzlichen Proteinen, die den Prozess des Zelltods beginnen.
Schritt 3:
Pro-Caspase-8 und pro-Caspase-10 sind inaktive Proteine, bis sie mit einem aktivierten FADD interagieren. Wenn jedoch zwei dieser Moleküle auf ein aktiviertes FADD stoßen, werden die Teile der Proteine, die sie inaktiv halten, „gespalten“ oder „abgeschnitten“.,
Die Pro-Caspasen werden dann zu Caspase-8 und Caspase-10 – die von Wissenschaftlern aufgrund ihrer Rolle beim Beginn der Apoptose romantisch als „Anfang vom Ende“ bezeichnet wurden.
Caspases-8 und -10 dispergieren durch das Zytoplasma und lösen Veränderungen an mehreren anderen Molekülen in der Zelle aus, einschließlich Botenstoffen, die den Abbau von DNA starten, nachdem sie von den Caspasen aktiviert wurden.
Schritt 4:
Ein weiteres inaktives Molekül namens BID wird in tBID umgewandelt, wenn die aktivierten Caspasen den Teil von BID abspalten, der das Molekül inaktiv hält.,
Nachdem BID in tBID umgewandelt wurde, bewegt sich tBID in die Mitochondrien. tBID aktiviert die Moleküle BAX und BAK.
Die Aktivierung von BAX und BAK sind die ersten Schritte, die sowohl die extrinsischen als auch die intrinsischen Wege zur Apoptose gemeinsam haben.
Die hier aufgeführten Schritte 1-4 sind einzigartig für den extrinsischen Pfad. Nachdem BAX und BAK aktiviert wurden, sind die nachfolgenden Schritte zwischen beiden Pfaden gleich.
Als solche sind die Schritte 3-7 des intrinsischen Weges, die unten aufgeführt sind, auch die Schritte 5-9 des extrinsischen Weges!,
Intrinsischer Weg
Schritt 1:
Der intrinsische Weg zur Apoptose wird durch Stress oder Schädigung der Zelle ausgelöst. Zu den Arten von Stress und Schäden, die die Zelle zur Apoptose führen können, gehören Schäden an ihrer DNA, Sauerstoffmangel und andere Belastungen, die die Funktionsfähigkeit einer Zelle beeinträchtigen.
Als Reaktion auf diese Schäden oder Belastungen „entscheidet“ die Zelle, dass ihr Fortbestehen für den gesamten Organismus gefährlich oder kostspielig sein kann. Es aktiviert dann eine Reihe von Proteinen, die als „BH3-only Proteins“ bezeichnet werden.,“
Schritt 2:
BH3-only-Proteine sind eine Klasse von Proteinen, darunter mehrere pro – und anti-Apoptose-Proteine. Apoptose kann gefördert oder entmutigt werden, je nachdem, welche BH3-only-Proteine aktiviert oder exprimiert werden.
Pro-apoptotische BH3-Only-Proteine aktivieren BAX und BAK – dieselben Proteine, die durch tBID aktiviert werden, nachdem sie über den extrinsischen Weg zur Apoptose erzeugt wurden.
Schritt 3:
Aktivierte BAX und BAK verursachen einen Zustand, der als „MOMP.“MOMP steht für“ mitochondriale äußere Membranpermeabilität.,“
MOMP gilt als „point of no return“ für die Apoptose. Die Schritte, die zu MOMP führen, können durch Inhibitormoleküle in ihren Spuren gestoppt werden, aber sobald MOMP erreicht ist, wird die Zelle den Todesvorgang abschließen.
MOMP spielt seine Schlüsselrolle bei der Apoptose, indem es die Freisetzung von Cytochrom C in das Zytoplasma ermöglicht.
Schritt 4:
Unter normalen Umständen spielt Cytochrom C eine Schlüsselrolle in der mitochondrialen Elektronentransportkette. Während MOMP kann Cytochrom C jedoch den Mitochondrien entweichen und als Signalmolekül im Zellzytoplasma wirken.,
Cytochrom-C im Zellzytoplasma führt zur Bildung des ominös klingenden „Apoptosoms“ – eines Proteinkomplexes, der den letzten Schritt zum Zellabbau durchführt.
Schritt 5:
Sobald das Apoptosom gebildet ist, verwandelt es Pro-Caspase-9 in Caspase-9.
Genau wie bei der Aktivierung von Caspases-8 und -10 im extrinsischen Weg zur Apoptose kann Caspase-9 weitere Veränderungen in der gesamten Zelle auslösen.
Schritt 6:
Caspase-9 erfüllt mehrere Funktionen zur Förderung der Apoptose. Zu den wichtigsten gehört die Aktivierung von Caspasen-3 und -7.,
Schritt 7:
Nach Aktivierung beginnen Caspases-3 und -7 mit dem Abbau zellulärer Materialien. Caspase-3 kondensiert und zerlegt die DNA der Zelle.
Wann tritt Apoptose auf?
Apoptose tritt auf, wenn die Existenz einer Zelle für den Organismus nicht mehr nützlich ist. Dies kann aus einigen Gründen auftreten.
Wenn eine Zelle stark gestresst oder geschädigt ist, kann sie Apoptose begehen, um zu verhindern, dass sie für den gesamten Organismus gefährlich wird. Zellen mit DNA-Schäden können beispielsweise krebsartig werden, daher ist es besser für sie, Apoptose zu begehen, bevor dies passieren kann.,
Andere zelluläre Belastungen wie Sauerstoffmangel können auch dazu führen, dass eine Zelle „entscheidet“, dass sie für den Wirt gefährlich oder kostspielig ist. Zellen, die nicht richtig funktionieren können, können Apoptose auslösen, genau wie Zellen, die DNA-Schäden erlitten haben.
In einem dritten Szenario können Zellen Apoptose begehen, weil der Organismus sie aufgrund seiner natürlichen Entwicklung nicht mehr benötigt.
Ein berühmtes Beispiel ist die Kaulquappe, deren Kiemen -, Flossen-und Schwanzzellen Apoptose begehen, wenn sich die Kaulquappe in einen Frosch verwandelt., Diese Strukturen werden benötigt, wenn die Kaulquappe im Wasser lebt – werden aber teuer und schädlich, wenn sie sich auf trockenes Land bewegt.
>
1. Welche der folgenden würden Sie NICHT erwarten, Apoptose auszulösen?
A. Schädigung der DNA einer Zelle
B. Langfristiger Sauerstoffmangel
C. Ein Organismus bewegt sich in ein neues Stadium seines Lebenszyklus und macht einige Zellen veraltet
D. Keine der oben genannten
2., Welche der folgenden Faktoren könnte auftreten, wenn eine Mutation eine Apoptose unmöglich macht?
A. Das Nervensystem entwickelt sich möglicherweise nicht richtig
B. Krebs kann viel wahrscheinlicher werden
C. Ein Insekt kann sich möglicherweise keiner Metamorphose unterziehen
D. Alle oben genannten
3. Was ist der Unterschied zwischen den extrinsischen und intrinsischen Wegen der Apoptose?
A., Der extrinsische Weg wird durch ein Signal von außerhalb der Zelle ausgelöst, während der intrinsische Weg durch Ereignisse innerhalb der Zelle ausgelöst wird.
B. Der extrinsische Weg hat mehr Schritte, da das Signal von der Zellmembran weitergeleitet werden muss.
C. Der extrinsische Weg aktiviert BAK und BAX, während der intrinsische Weg dies nicht tut.
D. A und B