Notch-Signalweg
Englisch: notch signaling pathway
Definition
Der Notch-Signalweg ist nach seinem Rezeptor "Notch" benannt. Dieser Signalweg ermöglicht die Zell-Zell-Kommunikation benachbarter Zellen durch die Interaktion zwischen dem Notch-Rezeptor auf der Oberfläche einer Zelle und dessen membranständigen Liganden "Delta" oder "Jagged" auf der Oberfläche der anderen Zelle.
Hintergrund
Der Notch-Signalweg ist besonders wichtig während der Embryonalentwicklung (Embryogenese), aber auch noch im adulten Organismus, insbesondere für die Zelldifferenzierung. Das Notch-Gen wurde bei einer Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) entdeckt, bei der eine Mutation zu Kerben in den Flügeln (engl. "notches") geführt hatte.
Funktion
Während der Embryonalentwicklung ist der Notch-Signalweg an der Entwicklung aller Organe und Gewebe beteiligt und bestimmt durch die Zell-Zell-Interaktion über laterale Inhibition maßgeblich die Form der Organe.
Während der Knochenentwicklung führt der Notch-Signalweg zur Expansion der Knochenmarksnische, die die hämatopoetischen Stammzellen beherbergt und Ort der Hämatopoese ist. Das Hormon PTH bewirkt in den Osteoblasten der Knochenmarksnische die vermehrte Expression von Jagged, der über die Stimulation des Notch-Rezeptors der Stammzellen zu deren Expansion, bzw. deren Selbsterneuerung führt. Auf diese Weise kann auch im adulten Organismus ein vermehrter Bedarf an hämatopoetischen Stammzellen (zum Beispiel nach Blutverlust) gedeckt werden.
Der Notch-Signalweg ist aber auch an vielen Krankheiten beteiligt, wie Krebs (z.B. T-ALL), Multipler Sklerose oder der Fallot-Tetralogie.
Ablauf
Nach der Bindung seines Liganden wird der Notch-Rezeptor proteolytisch gespalten: Der zytoplasmatische Rezeptoranteil wird von dem membranständigen abgetrennt und kann somit frei im Zytoplasma zirkulieren und in den Zellkern wandern. Das Notch-Fragment kann so zusammen mit anderen Proteinen an das CSL-Protein binden und daraufhin die Transkription Notch-abhängiger Gene induzieren.
Auch der extrazelluläre Rezeptoranteil wird nach Ligandenbindung abgespalten und gemeinsam mit dem Liganden endozytotisch von der Liganden-exprimierenden Zelle aufgenommen. Dies löst vermutlich auch eine Signalkaskade in der Liganden-exprimierenden Zelle aus. Dieser Vorgang ist allerdings noch Gegenstand aktueller Forschung und bislang ist darüber nur wenig bekannt.
Klinische Bedeutung
Weil der Notch-Signalweg essentiell an der Entwicklung von Organen und Geweben während der Embryonalentwicklung beteiligt ist, besteht große Hoffnung, mit seiner Hilfe auch ex vivo künstlich Gewebe nachzuzüchten.
Insbesondere in der Zahnmedizin besteht die Hoffnung, Zähne mit Hilfe des Notch-Signalweges zu reparieren oder sogar gänzlich neue Zähne heranzuzüchten - so genannte Biozähne.
Dies ist im Moment (2017) allerdings noch nicht möglich. Die molekularen Mechanismen, welche die Entwicklung der Zahnform bestimmen, müssen noch genauer erforscht werden.