Torhüter des Todes

News: Torhüter des Todes

Es ist ein Sterben, welches das Leben schützt. Zum Wohle des Gesamtorganismus läuft der programmierte Selbstmord, die Apoptose, ständig in einem Teil unserer etwa 100 Billionen Körperzellen ab und eliminiert verbrauchte, funktionsunfähige oder beschädigte Grundbausteine. Forscher spürten nun wichtige "Schrankenwärter" auf, die beim Vollstrecken des Todesurteils wesentlich beteiligt sind.

Ulrike Knoll

Das griechische Wort apoptosis beschreibt das Fallen der Blätter im Herbst und versinnbildlicht das altruistische Absterben einzelner Zellen, das für die Entwicklung, Erhaltung und das Altern eines Gesamtorganismus eine wichtige Rolle spielt. Bei der Apoptose vollzieht ein genetisch gesteuertes Programm den gezielten Tod: Hat eine Zelle ein internes oder externes Signal zum Selbstmord erhalten, so beginnt ihr Untergang mit der Verdichtung und dem Auseinanderbrechen des Zellkerns sowie dem Verlust von Flüssigkeit, wodurch die Zelle schrumpft und sich von den benachbarten Artgenossen ablöst. Schließlich zerfällt sie in membranumschlossene Abschnürungen, die so genannten apoptotischen Körperchen. Herbeigelockte Fresszellen oder Zellen aus der Umgebung beseitigen in einem Anfall von Kannibalismus als "Müllabfuhr" derartige Trümmerteile. Doch wann kommt es zu dieser Selbstzerstörung, und wer erteilt die Befehle?

Frühere Forschungsergebnisse hatten bereits enthüllt, dass Zellen BCL-2 enthalten, ein Molekül, das dem Tod entgegenwirkt. Stanley Korsmeyer und seine Kollegen vom Howard Hughes Medical Institute kamen nun nahen Verwandten der BCL-2-Familie auf die Schliche, die als Zelltod fördernde Gegenspieler auftreten: dem Kontrollprotein tBID sowie zwei weiteren Eiweißmolekülen namens BAX und BAK. "Wir wussten bereits, dass BID weiter 'flussaufwärts' von bekannten Todesrezeptoren auf der Zelloberfläche aktiviert wird. Doch nun fragten wir uns, wie dieses aktivierte BID und seine 'Cousins' den Beginn der Apoptose in Mitochondrien initiieren", erläutert Korsmeyer.

Die Rolle dieser Moleküle im Selbstmordprogramm klärten die Forscher auf, indem sie mithilfe eines Retrovirus aktiviertes tBID in Embryo-Bindegewebszellen von Mäusen einführten. Diese Zellen, denen jeweils eines der Gene für BAX oder BAK fehlte, waren noch immer empfänglich für das Kontrollprotein und stürzten sich in den Tod. Hatten die Forscher den Mäusezellen jedoch sowohl das Gen für BAX als auch für BAK entfernt, so erwiesen sich die Zellen als resistent gegenüber dem von tBID gefällten Todesurteil. Auch Leberzellen von Mäusen benötigten BAX und BAK, um auf Apoptosesignale zu reagieren.

Diese Versuchsergebnisse belegten eindeutig, dass BAX und BAK eine Schlüsselrolle im Selbstmordprogramm spielen. Detailierte molekulare Studien deuten darauf hin, dass diese beiden Proteine – ausgelöst durch aktiviertes tBID – ihre Konformation verändern: Und zwar wandeln sich diese Rezeptoren in der Mitochondrienmembran vermutlich in Poren um, durch die Proteine wie Cytochrom c in das Cytoplasma der Zelle strömen und die Apoptose einleiten.

In weiteren Experimenten testeten die Forscher, ob eine Bandbreite von Todessignalen – von DNA-Schädigungen bis hin zu Bestrahlung – ebenfalls BAX und BAK benötigt, um Zellen in den sicheren Tod zu schicken. Tatsächlich gelang es ihnen nachzuweisen, dass jene Proteine für den Apoptosevorgang wesentlich sind. Umgekehrt vermochten Stress-Signale – ausgesandt vom endoplasmatischen Reticulum, wo der Proteintransport stattfindet – ohne BAX und BAK keinen Zelltod auszulösen.

Diese wesentlichen Torhüter stellen möglicherweise neue molekulare Zielscheiben bei der Behandlung vielfältiger Krankheiten dar. "Neurodegenerative Krankheiten, bei denen die Rate von absterbenden Zellen durch eine defekte Apoptose beschleunigt ist, könnten eventuell durch das Hemmen des todeinleitenden Schrittes bekämpft werden. Und bei Krankheiten wie Krebs könnte sich eine verstärkte Aktivität von BAX und BAK als nützlich erweisen", spekuliert Korsmeyer.