Altern und Zelltod: Ein Überblick über Zellalterung und Apoptose

Altern und Zelltod:

1. Zellalterung

Zellalterung wird als "eine progressive und irreversible Veränderung des Organismus von der Empfängnis bis zum Tod" definiert. Sie beschreibt die Summe aller Veränderungen, die im Körper im Laufe der Zeit auftreten und führt zu funktionalem Verlust und Tod. Derzeit wird die maximale Lebensspanne des Menschen auf etwa 120 Jahre geschätzt. Während der Kindheit dominieren angeborene Erkrankungen, Infektionen und Allergien. In der Jugend erfolgt die volle Entfaltung der Organe, wobei Krankheiten, psychische Erkrankungen, Allergien, Infektionen und endokrine Probleme auftreten können. Zu den 40 schwerwiegenden Krankheiten, die die Sterblichkeit beeinflussen, gehören Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Magen-Darm-Erkrankungen, Leber- und Nierenerkrankungen sowie bösartige Tumoren. Bei älteren Patienten sind die häufigsten Todesursachen auf Arteriosklerose, Bluthochdruck und bösartige Tumoren zurückzuführen. Die Lebenserwartung bei der Geburt ist ein Index, der die Anzahl der Jahre angibt, die eine statistisch repräsentative Person einer Bevölkerung voraussichtlich leben wird, abhängig von ihrem Wohlbefinden in der Gesellschaft.

Entwicklung der Zellen im Alterungsprozess:

Mit dem Alter verringern Zellen ihre Funktionen und durchlaufen eine Reihe von Prozessen, die sie auf ihre letzte Veranstaltung, den Tod des Körpers, vorbereiten. In den Zellen führt das Altern zu:

• Erhöhung des nuklearen DNA-Gehalts in Form von Heterochromatin
• Das Auftreten von zweikernigen und dreikernigen Zellen
• Die Erweiterung des Zytoplasmas
• Die Ansammlung von Autophagosomen
• Der Verlust vieler Organellen ihrer Fähigkeit zur Proteinsynthese

Genetische Theorie des Alterns

Diese Theorie beschreibt Veränderungen in der Struktur oder der Expression von Genen, die entscheidend sind. Die Anhäufung von Fehlern und genetischen Schäden, die die Zellteilung steuern, wird mit den äußeren Zeichen des Alterns in Verbindung gebracht. Zellalterung durch die Erschöpfung der Mitose wird durch folgende Mechanismen beeinflusst:

Veränderung in der DNA-Replikation:

Mit dem Alter verschlechtert sich die DNA-Reparaturkapazität. Während der Replikation der DNA vor der Zellteilung ist die Zelle nicht in der Lage, die gesamte Sequenz des Exemplars der Telomere zu replizieren. Infolgedessen verkürzen sich die Telomere bei jeder Replikation um etwa 50 bis 200 Nukleotide. Wenn die Telomere eine bestimmte Mindestlänge erreichen, tritt in der Zelle eine terminale Krise auf, die die Teilung stoppt und zum Zelltod führt. Es gibt ein Enzym, die Telomerase, das in der Lage ist, die ursprüngliche Länge der Telomere wiederherzustellen. Das Problem ist, dass in den meisten Zellen das kodierende Gen inaktiv ist. Es wird angenommen, dass das Gen inaktiviert wird, wenn Zellen sich spezialisieren. Es wurde früher gedacht, dass, wenn wir die Zellen, die genetisch keine Telomerase synthetisieren können, dazu bringen könnten, dies zu tun, sie Unsterblichkeit erlangen könnten.

Bildung von freien Radikalen:

Freie Radikale entstehen durch Oxidations-Reduktions-Reaktionen während des zellulären Stoffwechsels, insbesondere während der oxidativen Phosphorylierung. Die häufigsten freien Radikale stammen vom Sauerstoffmolekül, aus dem Superoxid-Radikale gebildet werden. Etwa 1% des Sauerstoffs, der in den Mitochondrien verwendet wird, wird in Superoxid-Radikalen umgesetzt. Obwohl dies normalerweise durch ein Enzym entfernt wird, ist der mitochondriale Mechanismus unvollkommen, da er wiederum H2O2, ein starkes Oxidationsmittel, produziert. Superoxid-Radikale oder Hydroxyl-Radikale können an Makromoleküle wie DNA binden und diese verändern. Die primäre Läsion auf der DNA ist die Veränderung modifizierter Basen durch die Wirkung der freien Radikale, die über 100 pro Zelle und Tag auftreten kann. Diese Menge kann die Mechanismen der Zellreparatur übersteigen und zu physiologischen Alterungsprozessen beitragen.

Zelldifferenzierung

Differenzierte Zellen sind voraussichtlich nur in geringen Mengen in der Lage, Energie bereitzustellen, die sie durch mitochondriale Atmung gewinnen. Mitochondrien differenzierter Zellen haben ein sehr hohes Niveau des Konsums, was das ursprüngliche Ziel der freien Radikale darstellt, die die Inaktivierung des Genoms und die schrittweise Verringerung der bioenergetischen Kapazität verursachen.

2. Apoptose (programmierter Zelltod)

Apoptose ist ein aktiver, genetisch gesteuerter Prozess des Zelltods, der isoliert wirkt und nicht von einer entzündlichen Reaktion begleitet wird. Der Tod dieser Zellen ist für das reibungslose Funktionieren des Körpers notwendig, da er unnötige oder geschädigte Zellen eliminiert. Im Gegensatz dazu tritt Nekrose nur in pathologischen Situationen auf, wenn die Zelle einer Verletzung ausgesetzt ist, die schwere Schäden an den Membranen verursacht. Dies beeinträchtigt die Fähigkeit zur Homöostase, da extrazelluläres Wasser und Ionen in die Zelle eindringen, was zu einer Erhöhung des Volumens der zytoplasmatischen Organellen und schließlich zu deren Bruch führt. Dabei werden lysosomale Enzyme und andere Stoffe in das intra- und extrazelluläre Milieu freigesetzt, was Schäden an den umgebenden Zellen verursacht und eine entzündliche Reaktion sowie eine anschließende Heilung zur Folge hat.

Morphologische Aspekte

Die Apoptose verläuft in drei Stufen:

• Frühe Phase: Verringerung des Zellvolumens und Verdichtung des Zytoplasmas durch intrazellulären Flüssigkeitsverlust. Verdichtung und Fragmentierung des Chromatins.
• Zwischenphase: Verformung der Plasmamembran und das Auftreten apoptotischer Körper.
• Endphase: Phagozytose der apoptotischen Stellen für einen vollständigen Abbau.

Biochemische Aspekte

Die biochemischen Mechanismen der Apoptose beinhalten eine Familie von Proteasen, die Caspasen, die als inaktive Proenzyme (Procaspasen) produziert werden. Sie werden durch proteolytische Spaltung in Reaktion auf Signale aktiviert, die den programmierten Zelltod auslösen. Aktivierte Caspasen brechen mehrere wichtige Proteine der Zelle ab. Caspasen sind entscheidend, da sie die Zelle schnell und sauber abtöten.

Gen-Kontrolle

Das Gen Bcl-2 resultiert in einem integralen Membranprotein der Mitochondrien, das die Apoptose verhindert. Dies führt zu unkontrollierter Zellteilung, Anhäufung abnormaler Zellen und damit zu Tumorwachstum. Bestimmte normale Zellen produzieren hohe Mengen an Bcl-2. Das p53-Gen kodiert für ein p53-Protein, das Apoptose auslöst. Mutierte Zellen, die nicht über das Gen verfügen, unterliegen nicht der Apoptose, was zu einer weiteren Anhäufung von Mutationen führt und unkontrolliertes Wachstum zur Folge hat, was zu Tumoren führt. Daraus folgt, dass die Aktivität bestimmter Gene für den Zelltod von wesentlicher Bedeutung für die Apoptose ist.