Zellzyklus-Kontrollpunkte und Apoptose: Überblick

Zellzyklus-Kontrollpunkte

Es gibt einige Kontrollpunkte, die den Übergang von einer Phase des Zellzyklus in die nächste regulieren und koordinieren. Diese sind:

Übergang von G1 zu S

Dieser Kontrollpunkt befindet sich am Ende der G1-Phase, wurde erstmals in der Hefe Saccharomyces cerevisiae beschrieben und wird als START oder Restriktionspunkt bezeichnet. Das Überschreiten dieses Punktes führt unweigerlich zum Beginn der S-Phase und zur Fortsetzung des Zellzyklus, der mit der Zellteilung endet. Die Überwindung dieses Punktes hängt von der Zellgröße und der Anwesenheit von extrazellulären Wachstumsfaktoren ab. In Gegenwart dieser Faktoren setzen die Zellen ihren Zellzyklus fort. Wenn in der G1-Phase keine Wachstumsfaktoren vorhanden sind, tritt die Zelle in eine Ruhephase namens G0 ein, die mehr oder weniger lange dauern und sogar das ganze Leben der Zelle andauern kann.

Der G1-Kontrollpunkt dient auch dazu, den Ablauf des Zellzyklus zu verhindern, wenn Fehler in der DNA erkannt werden, da er den Übergang zur S-Phase erst erlaubt, wenn diese repariert wurden.

Übergang von G2 zu M

Dieser Kontrollpunkt ist weniger verbreitet und kommt in Oozyten vor, die für längere Zeit in G2 verbleiben können, bis sie durch Hormone stimuliert werden, um in die M-Phase einzutreten.

Der G2-Kontrollpunkt dient auch dazu, die Einleitung der Mitose zu verhindern, falls die DNA beschädigt ist oder nicht erfolgreich repliziert wurde. Der Stopp in G2 gibt Zeit für die Korrektur von Fehlern oder DNA-Schäden.

M-Kontrollpunkt

Dieser Kontrollpunkt stoppt die Mitose, wenn die mitotische Spindel nicht gut ausgebildet ist oder die Chromosomen nicht richtig an ihr ausgerichtet sind.

Apoptose: Programmierter Zelltod

Zellen sind nicht unsterblich, und nach einer bestimmten Anzahl von Zellzyklen tritt der programmierte Zelltod oder die Apoptose ein. Es handelt sich um einen genetisch gesteuerten, physiologischen Mechanismus des normalen Zelltods, der für die Erhaltung von adultem Gewebe und die Embryonalentwicklung unerlässlich ist.

Funktionen der Apoptose

• In adulten Organismen hält die Apoptose die Anzahl der Zellen in Geweben konstant, die einen kontinuierlichen Zellumsatz durchführen.
• Sie beseitigt veränderte Zellen, die potenziell gefährlich sind, wie z. B. solche, die durch Viren infiziert sind, DNA-Läsionen aufweisen oder Träger von Krebsmutationen sind.
• Während der Embryonalentwicklung spielt der programmierte Zelltod eine wichtige Rolle bei der Beseitigung unnötiger Zellen:
  • In larvalen Geweben, die nach der Metamorphose von Insekten und Amphibien nicht mehr benötigt werden.
  • In den Interdigitalfalten in den ersten Phasen der Bildung von Zehen und Händen.
  • Bei Neuronen, die bei der Bildung von Nervengewebe keine korrekten Synapsen bilden.

Mechanismus der Apoptose

Im Prozess der Apoptose wird die chromosomale DNA an den Verbindungsstellen der Nukleosomen in Fragmente geschnitten, Teile des Chromatins verdichten sich und der Kern zerfällt in kleine Stücke. Schließlich schrumpft die Zelle und gliedert sich in membrangebundene Fragmente, die als apoptotische Körperchen bezeichnet werden. Dieser Vorgang umfasst eine Familie von Proteasen, die als Caspasen (Cysteinyl-Aspartat-Proteasen) bekannt sind. Fehlfunktionen in den Prozessen dieser Enzyme sind hauptverantwortlich für die Entwicklung von Tumoren und Autoimmunerkrankungen.