Apoptose und Nekrose: Ablauf und Abgrenzung
Wie Zellen geordnet durch Apoptose oder ungeordnet durch Nekrose sterben und woran man beide Formen unterscheidet.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Apoptose ist ein programmierter, geordneter Zelltod, die Nekrose ein unkontrollierter Zelluntergang mit Schwellung, Membranriss und Entzündung.
- Der extrinsische Weg startet an Todesrezeptoren wie Fas und aktiviert über FADD und DISC die Caspase-8.
- Der intrinsische Weg wird z. B. durch unreparierte DNA-Schäden ausgelöst und führt über p53, Cytochrom c und das Apoptosom zu Caspase-9.
- Caspasen werden in der Apoptose kaskadenartig aktiviert und münden in Caspase-3; bei der Nekrose fehlt diese Kaskade.
- Apoptotische Zellen exponieren Phosphatidylserin außen, das Makrophagen zur Phagozytose ohne Entzündung anlockt.
Worum es geht
Zellen sterben auf zwei grundsätzlich verschiedene Arten: geordnet als Apoptose oder ungeordnet als Nekrose. Der Unterschied erklärt, warum manche Gewebeschäden eine Entzündung auslösen und andere nicht. Viele Zytostatika wirken, indem sie in Tumorzellen Apoptose anstoßen.
Formen des Zelltods
Die Apoptose ist ein programmierter Zelltod. Die Zelle baut sich mit eigenen Enzymen selbst ab. So entfernt der Körper überzählige, alte oder entartete Zellen, etwa bei der Embryonalentwicklung. Die Nekrose ist dagegen ein unkontrollierter Untergang durch Sauerstoffmangel, Hitze oder Gifte.
Die apoptotische Zelle schrumpft, ihr Chromatin kondensiert, die Membran schnürt Bläschen ab (Blebbing). Am Ende zerfällt sie in membranumhüllte apoptotische Körperchen. Die nekrotische Zelle schwillt an, ihre Organellen quellen und die Membran reißt. Der austretende Inhalt lockt Entzündungszellen an.
Die Apoptose verläuft in drei Phasen: Ein Signal löst sie aus, Caspasen führen sie aus, Phagozyten beseitigen die Reste.
Auslöser der Apoptose
Beim extrinsischen Weg kommt das Signal von außen. Ein Ligand wie FasL bindet an einen Todesrezeptor wie Fas. Über das Adapterprotein FADD entsteht der Komplex DISC, der Caspase-8 aktiviert. Zur Rezeptorsignalgebung siehe Signaltransduktion.
Der intrinsische Weg startet im Zellinneren, typischerweise bei DNA-Schäden. Scheitert die DNA-Reparatur, reichert sich p53 an. Bax und Bak öffnen die äußere Membran der Mitochondrien, Cytochrom c tritt aus. Mit Apaf-1 bildet es das Apoptosom, das Caspase-9 aktiviert. Ein unreparierter Schaden verhindert die Apoptose also nicht, sondern löst sie aus. Über Bid/tBid sind beide Wege verknüpft.
Caspase-Kaskade
Caspasen sind Cysteinproteasen, die ihre Substrate hinter Aspartat spalten. Sie liegen als inaktive Vorstufen vor. Initiatorcaspasen wie Caspase-8 und -9 aktivieren durch Spaltung Effektorcaspasen wie Caspase-3. Jede aktive Caspase schaltet viele weitere an, ähnlich wie eine Reihe fallender Dominosteine. Die Effektorcaspasen zerlegen Strukturproteine und aktivieren DNasen, welche die DNA fragmentieren.
Die kaskadenartige Caspase-Aktivierung kennzeichnet die Apoptose. Bei der Nekrose fehlt sie: Die Zelle zerfällt passiv, weil ATP-Versorgung und Ionengleichgewicht zusammenbrechen.
Beseitigung apoptotischer Zellen
In gesunden Zellen liegt Phosphatidylserin fast nur in der inneren Membranschicht. Dafür sorgt eine ATP-abhängige Flippase (siehe Membranaufbau). In der Apoptose wird sie abgeschaltet und eine Scramblase aktiv. Phosphatidylserin gelangt nach außen.
Diese Phosphatidylserin-Exposition wirkt als Fress-mich-Signal. Makrophagen erkennen es über Rezeptoren und nehmen die Körperchen auf (zur Phagozytose). Da die Membran intakt bleibt, tritt kein Zellinhalt aus und es entsteht keine Entzündung. Im Labor macht markiertes Annexin V exponiertes Phosphatidylserin sichtbar.
Quiz
Aussage 1
Apoptotische Zellen tragen Phosphatidylserin auf der Außenseite ihrer Membran, was ihre Aufnahme durch Makrophagen fördert.
Durch Abschalten der Flippase und Aktivierung einer Scramblase gelangt Phosphatidylserin nach außen und dient als Erkennungssignal für Phagozyten.
Aussage 2
Bleibt ein DNA-Schaden unrepariert, kann die Zelle über p53 und die Freisetzung von Cytochrom c in die Apoptose gehen.
Unreparierte DNA-Schäden lösen den intrinsischen Weg aus: p53, Bax/Bak, Cytochrom c, Apoptosom und Caspase-9.
Aussage 3
Nekrotische Zellen zerfallen, weil Initiatorcaspasen nacheinander Effektorcaspasen aktivieren.
Die kaskadenartige Caspase-Aktivierung ist typisch für die Apoptose. Bei der Nekrose zerfällt die Zelle passiv durch Zusammenbruch von ATP-Versorgung und Ionengleichgewicht.
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