ZELLTOD: TYPEN UND IHRE EIGENSCHAFTEN - BIOLOGIE - 2024

Der Zelltod ist der Prozess der Zerstörung der Zellbestandteile, die alle lebenden Organismen in verschiedenen Stadien erfahren. In allen mehrzelligen Organismen muss ein optimales Gleichgewicht zwischen Zelltod und Zellproliferation bestehen.

Der Zelltod tritt durch zwei Hauptmechanismen auf: durch Nekrose oder versehentlichen Zelltod und durch Apoptose oder programmierten Zelltod. Jedem Mechanismus wird eine bestimmte Zellmorphologie zugeordnet.

Unterschiede zwischen Apoptose und Nekrose.
Quelle: Nationales Institut für Alkoholmissbrauch und Alkoholismus (NIAAA)

Apoptose oder programmierter Zelltod umfassen einen Weg, der durch genetische Komponenten stark reguliert wird. Wenn der Organismus pathologischen Umständen ausgesetzt ist (z. B. degenerativen Erkrankungen), kann das apoptotische Programm häufig falsch implementiert werden, was zu einer übermäßigen Zellzerstörung führt.

Der programmierte Zelltod ist ein wichtiger Bestandteil der Entwicklungswege und der Homöostase (Kontrolle zwischen Zelltod und Proliferation) im Allgemeinen.

Versehentlicher Zelltod oder Nekrose ist die zweite Art des Zelltods. Es zeigt radikale Unterschiede, wenn wir es mit Apoptose vergleichen. Dieses Phänomen tritt auf, wenn Zellen einer ungünstigen oder extremen Umgebung ausgesetzt sind, was zu einer Schädigung der Zellstrukturen führt.

Programmierter Zelltod oder Apoptose

Historische Perspektive

1972 wurde erstmals der Begriff Apoptose verwendet. Es erschien in einem klassischen wissenschaftlichen Artikel der Autoren Kerr, Wyllie und Currie. Für Kerr et al. Beschreibt der Begriff Apoptose eine charakteristische morphologische Form des Zelltods.

Obwohl diese Merkmale bereits mehrfach detailliert beschrieben wurden, geben diese Autoren dem Phänomen als erste einen Namen.

Definition

Ein mehrzelliger Organismus besteht aus mehreren Zellen, die Verbindungen untereinander herstellen müssen. Die Gemeinschaft muss streng organisiert bleiben, und dies wird erreicht, indem eine Kontrolle zwischen der Proliferation neuer Zellen und der Eliminierung bereits vorhandener Zellen hergestellt wird.

Auf diese Weise erfahren Zellen, die aus mehreren Gründen nicht mehr benötigt werden, eine Art molekularen "Selbstmord", der als Apoptose bezeichnet wird.

Der programmierte Zelltod ist ein normales physiologisches Phänomen. Es beinhaltet die kontrollierte Eliminierung bestimmter Zellen. Dieser Mechanismus ist entscheidend, damit erwachsene Gewebe ordnungsgemäß funktionieren. Es spielt auch eine Rolle bei der Entwicklung des Embryos.

Eigenschaften

Halten Sie das Gleichgewicht der Proliferation aufrecht

Das Hauptziel des programmierten Zelltods besteht darin, das Gleichgewicht der Zellproliferation aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel werden in unserem Körper täglich fast 5 x 10 ¹¹ Erythrozyten oder Blutzellen durch Zelltod eliminiert .

Zellen schützen

Darüber hinaus kann ein Schutzmechanismus gegen Zellen eingerichtet werden, die möglicherweise den Körper beeinträchtigen könnten. Bei Zellen, die Opfer einer Virusinfektion geworden sind, werden sie normalerweise durch programmierten Zelltod getötet. Daher kann sich der Virus nicht weiter im Host verbreiten.

Der programmierte Zelltod eliminiert nicht nur Zellen, die mit externen Krankheitserregern infiziert sind, sondern kann auch Zellen des Organismus ausschließen, die das genetische Material schädigen. In diesem Fall werden die Zellen eliminiert, die Mutationen tragen, die für den Organismus schädlich sind.

In dem Fall, in dem die Entwicklung dieser abnormalen Zellen fortgesetzt werden kann und die Mechanismen des Zelltods nicht wirken, können Tumore und die Entwicklung verschiedener Krebsarten auftreten.

Koordinieren Sie die Entwicklung des Embryos

Der programmierte Zelltod spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung eines Embryos. Während der Bildung derselben müssen mehrere unnötige Zellen eliminiert werden.

Zum Beispiel ist es für die Beseitigung von Geweben in Larven in Organismen verantwortlich, die sich einer Metamorphose unterziehen: Larven und Amphibien. Darüber hinaus sind einige jugendliche Formen dadurch gekennzeichnet, dass sie Membranen zwischen den Fingern aufweisen, die für Wasserlebewesen charakteristisch sind.

Wenn der Organismus erwachsen wird, verschwinden diese Membranen, da die Zellen, aus denen er besteht, ein programmiertes Zelltodereignis durchlaufen. Im Allgemeinen formt der Apoptoseprozess die Gliedmaßen von Menschen und Mäusen: schaufelförmige Strukturen, die mit wohlgeformten Ziffern enden.

Während der Entwicklung von Säugetieren ist der programmierte Zelltod an der Bildung des Nervensystems beteiligt. Wenn sich der Körper entwickelt, wird eine übermäßige Anzahl von Nervenzellen produziert, die später durch programmierten Zelltod eliminiert werden.

Die überlebenden Neuronen (ca. 50%) stellen korrekte Verbindungen zu den Zielzellen her. Wenn die hergestellte Verbindung die angegebene ist, beginnt die Sekretion einer Reihe von Wachstumsfaktoren, die das Überleben der Zelle ermöglichen, da sie das Zelltodprogramm hemmen.

Zelluläre Eigenschaften der Apoptose

Während des programmierten Zelltods weist die Zelle einen bestimmten Phänotyp auf. Das erste unterscheidbare Merkmal ist die chromosomale DNA-Fragmentierung.

In diesem Fall kommt es zum Abbau von Nukleosomen, Strukturen, die von DNA und Proteinen gebildet werden. Bei der Kondensation von Chromatin zerbricht der Kern in kleine Stücke.

Mit fortschreitendem Prozess nimmt die Größe der Zelle erheblich ab. Letztendlich zerfällt die Zelle in mehrere Segmente, die von der Zellmembran umgeben sind. Jedes dieser Stücke ist als apoptotische Körper bekannt.

Später sind Zellen des Immunsystems, sogenannte Makrophagen, für die Erkennung und Phagozytierung dieser sterbenden Strukturen verantwortlich.

Somit verschwindet die "Leiche" der Zelle, die eine Apoptose erfährt, effektiv aus dem Organismus, zu dem sie gehört - im Gegensatz zu dem, was passiert, wenn die Zelle an einer Verletzung stirbt. Im letzteren Szenario schwellen die Zellen an und lysieren schließlich, wodurch der betreffende Bereich entzündet wird.

Während der Apoptose treten Schäden in den Mitochondrien auf, die durch die Freisetzung einer Reihe von Molekülen gekennzeichnet sind, die den Todesmechanismus stimulieren, wie z. B. Cytochrom c, die Smac / Diablo-Proteine.

Genetische Aspekte

Die strikte Regulierung des programmierten Zelltods erfolgt dank der orchestrierten Funktion verschiedener Gene.

Die ersten Studien zum genetischen Mechanismus der Apoptose wurden am Fadenwurm Caenorhabditis elegans durchgeführt. In diesem Organismus wurden 3 Gene identifiziert, die mit der Ausführung und Regulation des gesamten apoptotischen Prozesses zusammenhängen.

Bei Säugetieren wurden Gene gefunden, die denen des Nematoden sehr ähnlich sind. Daher waren sie während der gesamten Evolution hoch konservierte Einheiten.

Ced-3 ist das Beispiel einer Familie, die aus mehr als einem Dutzend Proteasen (Enzymen, die Proteine ​​hydrolysieren) besteht und unter dem Namen Caspasen bekannt ist.

Während des programmierten Todes hydrolysieren Caspasen mehr als 100 Proteine, die in der betreffenden Zelle gefunden wurden. Unter den Zielproteinen von Caspasen finden wir DNAase-Inhibitoren, die den Abbau von DNA im Zellkern verursachen.

Caspasen sind auch für den Bruch der Kernschicht verantwortlich, was zur Fragmentierung des Kerns und des Zytoskeletts im Allgemeinen führt. Die unmittelbaren Folgen all dieser Degradationsereignisse sind Zellfragmentierungen.

Auslösung der Apoptose

Es gibt eine Reihe von Reizen, die apoptotische Mechanismen auslösen. Diese Reize können physiologisch oder pathologisch sein. Interessanterweise reagieren nicht alle Zellen gleich auf Reize.

Bestrahlung und Medikamente zur Krebsbehandlung (Chemotherapie) führen zur Apoptose über einen Weg, der als p53-abhängiger Weg bezeichnet wird.

Einige Hormone wie Kortikosteroide - Hormone aus der Gruppe der Steroide und Derivate - können in einigen Zellen zum apoptotischen Signalweg führen. Die meisten Zellen sind jedoch nicht von ihrer Anwesenheit betroffen.

Versehentlicher Zelltod oder Nekrose

Definition

Ein versehentlicher Zelltod oder eine Nekrose treten auf, wenn die Zellen einer ungünstigen Umgebung ausgesetzt sind, die die Zellstrukturen ernsthaft schädigt.

Zu diesen Faktoren, die ein Trauma verursachen, gehören unter anderem sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen, abnormale Sauerstoffwerte, Exposition gegenüber Toxinen, Exposition gegenüber reaktiven Sauerstoffmetaboliten, Nährstoffmangel, abnormale pH-Werte.

Verschiedene Erkrankungen betreffen Nekrose, einschließlich neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer, Huntington, Parkinson, Amyotrophe Lateralsklerose und Epilepsie.

Obwohl der nekrotische Prozess an verschiedenen Erkrankungen beteiligt ist, ist der Mechanismus hinter dem Ereignis nicht vollständig aufgeklärt. In der Vergangenheit wurde Nekrose einfach als chaotische Reaktion angesehen, die die Zelle zerstört.

Aktuelle Erkenntnisse von Caenorhabditis elegans und Drosophila-Organismen haben dieses „Dogma“ jedoch in Zweifel gezogen.

Verschiedene Zelltypen, die einer Nekrose unterzogen werden, weisen als Reaktion auf eine Verletzung sehr spezifische morphologische Zelleigenschaften auf, was darauf hindeutet, dass es ein zentrales Ausführungsprogramm für Nekrose gibt.

Das vollständige und detaillierte Verständnis des nekrotischen Prozesses könnte zur Entwicklung neuer Methoden zur Bekämpfung von Krankheiten führen, die den nekrotischen Zelltod beinhalten.

Zelluläre Eigenschaften der Nekrose

Wie bei der Apoptose weist die Nekrose charakteristische morphologische Merkmale auf. Darüber hinaus unterscheiden sich diese völlig von dem, was wir in einer Zelle beobachten, die auf dem apoptotischen Weg stirbt.

Der Tod geht einher mit einer signifikanten Entzündung der Zelle, der Bildung von Vakuolen im Zytoplasma, einer Dehnung des endoplasmatischen Retikulums, einer Blasenbildung des Zytoplasmas, einer Kondensation der Mitochondrien, einer Disaggregation und Abgabe von Ribosomen, einem Bruch der Membranen und entzündeten Lysosomen und unter anderem gebrochen.

Nekrose ist ein "passiver" Prozess, da sie keine zusätzliche Proteinsynthese erfordert, ein minimaler Energiebedarf besteht und keinen zusätzlichen homöostatischen Regulationsmechanismus aufweist.

Mechanismen

Die in einer nekrotischen Zelle verursachten Verletzungen können durch zwei Hauptmechanismen vermittelt werden: Störung der Energieversorgung und direkte Schädigung der Zelle durch die oben genannten Faktoren.

Vergleich zwischen Apoptose und Nekrose

Unterschiede

Prozesskontrolle : Im Vergleich dazu ist Apoptose ein stark kontrollierter aktiver Prozess, während Nekrose ein toxischer Prozess ist, bei dem die Zelle ein passives Opfer einer energieunabhängigen Todesart ist. Wie bereits erwähnt, haben aktuelle Erkenntnisse Zweifel an der Nichtregulierung der Nekrose aufkommen lassen.

Todesort : Normalerweise tritt Apoptose in einer einzelnen Zelle oder in einem kleinen Zellcluster auf, während Nekrose in einem Kontinuum von Zellen auftritt.

Plasmamembranzustand : Bei der Apoptose bleibt die Zellmembran intakt und das Zytoplasma behält apoptotische Körper. Bei der Nekrose reißt die Plasmamembran und das Zytoplasma wird freigesetzt.

Entzündungsprozesse : Bei der Apoptose wird keine Art von Entzündung beobachtet, während die Inflation eines der auffälligsten Merkmale der Nekrose ist. Der Verlust der Membran- und Zellintegrität sendet chemotaktische Signale, die zelluläre Wirkstoffe rekrutieren, die mit dem Entzündungsprozess zusammenhängen.

Können Sie zwischen Apoptose und Nekrose unterscheiden?

Was hängt davon ab, ob eine Zelle an Apoptose oder an Nekrose stirbt? An dieser Entscheidung sind verschiedene Faktoren beteiligt, darunter die Art des Todessignals, die Art des betreffenden Gewebes und der Entwicklungsstand des Organismus.

Unter Verwendung herkömmlicher histologischer Techniken ist es nicht leicht zu unterscheiden, ob Gewebe an Apoptose oder Nekrose stirbt. Die morphologischen Ergebnisse des Todes, die durch die nekrotischen und apoptotischen Wege hervorgerufen werden, unterscheiden sich in mehrfacher Hinsicht und überschneiden sich in anderen.

Die Beweise zeigen, dass Apoptose und Nekrose einen morphologischen Ausdruck eines gemeinsamen biochemischen Weges darstellen, der als Apoptose-Nekrose-Kontinuum bezeichnet wird. Beispielsweise sind zwei Faktoren an der Umwandlung des Apoptosewegs in Nekrose beteiligt: ​​eine verringerte Verfügbarkeit von Caspasen und ATP in der Zelle.

Zytotoxischer Tod

In mehrzelligen Organismen gibt es bestimmte Arten von Zellen, die zum Immunsystem gehören - oder die Sekrete, die sie produzieren -, die für andere Zellen toxisch sind.

Diese Zellen sind für die Initiierung von Wegen verantwortlich, die für die Zerstörung von Zielzellen verantwortlich sind (die eine mit einem Pathogen oder einer Krebszelle infizierte Zelle sein können). Die Autoren ziehen es jedoch vor, keine der beiden genannten Kategorien (Nekrose oder Apoptose) einzubeziehen, da dies nicht über einen bestimmten Mechanismus geschieht.

Nehmen wir den speziellen Fall des Zelltods, der durch einen Zelltyp vermittelt wird, der als zytotoxische CD8 ⁺ T-Lymphozyten bezeichnet wird . In diesem Beispiel kombiniert die Zelle Aspekte sowohl des zufälligen als auch des programmierten Zelltods.

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