Apoptose

Englisch: apoptosis

1 Definition

Unter Apoptose versteht man den kontrollierten, durch Genexpression gesteuerten "Selbstmord" der Zelle, der im Gegensatz zur Nekrose nicht die Freisetzung von Zellplasma einschließt und somit keine Entzündungsreaktion auslöst. Das zugehörige Adjektiv ist apoptotisch.

2 Hintergrund

Die Apoptose ist eine Form des programmierten Zelltods (PCD). Er wird auch als "active cell death" (ACD) bezeichnet. Davon abgegrenzt wird der "activation-induced cell death" (AICD).

3 Ablauf

Für die Apoptose sind folgende Veränderungen charakteristisch:

• Schrumpfung der Zelle
• Bildung von blasenförmigen Ausbuchtungen an der Zelloberfläche (Zeiosis)
• Schrittweise Kondensation und Degradierung der DNA
• Abbau der Mitochondrien mit Freisetzung von Cytochrom c
• Fragmentierung der Zelle in kleine membranumhüllte Teilstücke (Apoptosekörper)
• Exposition des Phospholipids Phosphatidylserin an der Zelloberfläche

Phosphatidylserin wird von Rezeptoren der Makrophagen erkannt, welche die Zellfragmente phagozytieren und dabei Cytokine sezernieren.

4 Mechanismen

Es werden 3 Mechanismen der Apoptose unterschieden:

• Apoptose durch externe Signale (Apoptose vom Typ I, extrinsische Apoptose): Hier liegt ein extrinsischer Signalweg vor, der über "Todesrezeptoren" (death receptor bzw. activator) auf der Zellmembran vermittelt wird. Zu ihnen zählen Fas und der TNF-Rezeptor. Sie werden direkt von T-Zellen aktiviert. Dieser Mechanismus führt zur Aktivierung der Caspase 8 (Initiator-Caspase), wodurch in weiterer Folge die Caspase 3 (Effektor-Caspase) aktiviert wird, die daraufhin Zielproteine schneidet. Dadurch wird der Zelltod herbeigeführt.
• Apoptose durch interne Signale (Apoptose vom Typ II, intrinsische Apoptose): Diese Form des Zelltods wird auf dem intrinsischen oder mitochondrialen Signalweg eingeleitet. Auslöser des intrinsischen Signalwegs können DNA-Schäden, osmotischer Stress oder Wachstumsfaktor-Entzug sein. Ein Auslöser aktiviert den Transkriptionsfaktor p53, was zur Folge hat, dass vermehrt Bad-Protein (proapoptotisches Protein) exprimiert wird. Das Bad-Protein aktiviert wiederum das Bax-Protein (proapoptotisches Multidomän-Protein). Durch die Aktivierung von Bax tritt Cytochrom C aus den Mitochondrien aus. Parallel löst sich Apaf-1 von den Zellmembranen der Mitochondrien und bildet zusammen mit der Caspase 9 und Cytochrom C das so genannte Apoptosom. Apoptosomen aktivieren die Caspase 3 (aus dem extrinsischen Weg), welche die Zielproteine schneidet und somit den Zelltod erzwingt.
• Apoptose durch den Apoptosis-Inducing Factor (AIF): Dieser Zelltod wird durch die Freisetzung von AIF aus dem intermembranösen Raum der Mitochondrien eingeleitet.

Extrinsische mit intrinsische Apoptose sind miteinander gekoppelt: Die Caspase 8 der extrinsischen Apoptose inhibiert den Mitochondrienschutzfaktor Bcl-2 via BID, wodurch die intrinsische Apoptose eingeleitet wird. Vertreter der Forkhead-Box-Proteine (z.B. FOXO3) fördern die Apoptose durch Hochregulierung pro-apoptotischer Moleküle wie FasL und Bim.

5 Aufgaben

Der gesteuerte Zelltod ist für die normale Entwicklung und Funktion des Organismus unerlässlich. Er erfüllt eine Vielzahl von Aufgaben, unter anderem dient er der

• Elimination entarteter oder potentiell schädlicher Zellen
• Kontrolle der Zellanzahl und damit der Größe von Geweben
• Sicherung des Zellturnovers in Geweben (z.B. im Riechepithel)
• Selektion genetisch intakter Keimzellen

6 Apoptoseresistenz

Eine zentrale Eigenschaft von malignen Tumoren ist die Apoptoseresistenz. In der Summe ist das Größenwachstum der Tumoren eine Bilanz aus Zellproliferation, terminaler Differenzierung, Seneszenz und Apoptose. Bei vielen Tumoren existiert eine kooperative onkogene Wirkung durch c-myc-Amplifikation, das einen proliferationssteigernden Effekt ausübt, und BCL2, das als Mitochondrienmembranschutzfaktor die Apoptose behindert.