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Apoptose - Mutterzelle bestimmt Schicksal der Tochterzellen.

Tödliche MitgiftApoptose: Tochterzellen mit unterschiedlichen Ressourcen

Was bringt Zellen zum Absterben? LMU-Forscher um Biologieprofessorin Barbara Conradt zeigen, dass bereits in der Mutterzelle ungleiche Überlebenschancen angelegt sind.

Der programmierte Zelltod – die Apoptose – ist ein streng regulierter, universell gültiger Prozess, mit dem höhere Organismen unerwünschte Zellen beseitigen. Wichtig ist dies beispielsweise bei der Embryonalentwicklung, bei der zahlreiche überflüssige oder nicht mehr benötigte Zellen anfallen. Forscher um Barbara Conradt, LMU-Professorin für Zell- und Entwicklungsbiologie, haben am Modellorganismus, dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans (C. elegans), untersucht, welche Mechanismen die Apoptose auslösen. Dabei konnten sie zeigen, dass schon in der Mutterzelle die Weichen für das Schicksal der Tochterzellen gestellt werden. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im Magazin Nature Communications.

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Apoptose-Schritte genau definiert
Während der Entwicklung von C. elegans entstehen 1090 Zellen, von denen aber 131 wieder absterben. Da genau bekannt ist, wann welche Zellen sterben, ist der Wurm für Studien zur Apoptose besonders geeignet – und da dieser Prozess bei allen höheren Organismen weitgehend übereinstimmt, können die Ergebnisse auch auf andere Organismen übertragen werden. Die Apoptose läuft in genau definierten Schritten ab: Zunächst wird bestimmt, welche Zellen eliminiert werden sollen, dann folgt das eigentliche Abtöten der Zelle. „Wenn eine Zelle stirbt, verändert sich ihr Aussehen. Schließlich wird sie von Nachbarzellen einverleibt und verdaut. Dieser Prozess wird als Engulfment bezeichnet“, erklärt Conradt. „Seit etwa 15 Jahren ist bekannt, dass die Engulfment-Signalwege nicht nur als Müllabfuhr für tote Zellen dienen, sondern bereits beim Töten eine Rolle spielen. Wir haben jetzt entdeckt, auf welche Weise das passiert.“

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Als Modell diente den Forschern die sogenannte NSM-Zelllinie von C. elegans. Aus NSM-Mutterzellen entstehen durch Teilung zwei unterschiedlich große Tochterzellen, von denen die kleinere sofort nach der Teilung stirbt. „Bisher dachte man, dass die Zelltodmaschinerie erst nach der Teilung anspringt“, sagt Conradt. „Wir konnten nun zeigen, dass sie in gewissem Umfang schon in der Mutterzelle aktiv ist und in bestimmten Nachbarzellen der Mutterzelle Teile des Engulfment-Signalwegs aktiviert.“ Diese Nachbarzellen wiederum bewirken dann in der Mutterzelle eine ungleiche Verteilung des Proteins CED-3 (einer Zelltodprotease oder Caspase) – und zwar so, dass sich CED-3 in dem Bereich konzentriert, aus dem nach der Teilung die kleinere Tochterzelle hervorgeht.

Ungleiche Verteilung von Ressourcen
Von CED-3 ist bekannt, dass es als „Killerfaktor“ den Zelltod aktiviert. „Die Mutterzelle leistet demnach schon vor der Teilung quasi Sterbehilfe für die kleinere Tochterzelle, indem sie ihr einen Großteil der zelltod-fördernden Faktoren mitgibt“, sagt Conradt. Als nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler nun diesen Prozess weiter analysieren und untersuchen, ob er auch in Säugetierzellen oder in Stammzellen abläuft. „Gerade bei Stammzellen, die sich auch asymmetrisch teilen, hat die ungleiche Verteilung von Ressourcen möglicherweise eine wichtige Funktion, da so unerwünschte Stoffe der absterbenden Tochterzelle mitgegeben und beseitigt werden können“, sagt Conradt.

Die Apoptose ist auch medizinisch sehr interessant, denn Fehler bei diesem Prozess können für den ganzen Organismus schädlich sein – und zwar sowohl, wenn noch benötigte Zellen absterben, als auch, wenn Zellen überleben, die normalerweise hätten sterben sollen. Mit Fehlern bei der Apoptose werden zahlreiche Erkrankungen in Verbindung gebracht, etwa Krebs, neurodegenerative Erkrankungen und Autoimmunkrankheiten. Ein vertiefter Einblick in die Mechanismen der Apoptose könnte künftig helfen, neue Zielstrukturen für Therapien zu entwickeln.

Publikation:
Engulfment pathways promote programmed cell death by enhancing the unequal segregation of apoptotic potential. Sayantan Chakraborty, Eric J. Lambie, Samik Bindu, Tamara Mikeladze-Dvali and Barbara Conradt. Nature Communications 2015. DOI: 10.1038/ncomms10126.

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