E11 Zellzyklus- und Proliferationskontrolle

Thema

Eine einzelne Zelle oder eine Population von Zellen mit demselben genetischen Material durchläuft den Zellteilungszyklus gemäß Kontrollmechanismen, die in normalem Gewebe die Zellproliferation im Gleichgewicht mit dem Zelltod halten.

Dieses Gleichgewicht gerät aus dem Gleichgewicht, wenn die Zelle nacheinander einen oder mehrere dieser Kontrollmechanismen verliert: Dies kann geschehen, weil Gene, die die Proliferation abnormal fördern (aktivierte Onkogene), aktiviert werden (inaktivierte Tumorsuppressorgene), weil Gene, die die Proliferation normalerweise hemmen, inaktiviert werden (inaktivierte Tumorsuppressorgene) oder weil Defekte in der Reparatur des eigenen genetischen Materials auftreten. Wenn sich dieser Verlust von Kontrollmechanismen häuft, proliferiert die Zelle schließlich autonom und reagiert nicht mehr auf die Signale, die ihre Teilung zuvor reguliert haben. Diese autonome Proliferation ist das charakteristische Merkmal von Krebs.

Die zentrale physikalische Frage hinter dieser autonomen Proliferation ist, unter welchen Bedingungen die Zellzahl stetig und irreversibel zunimmt, anstatt wie in normalem Gewebe im Gleichgewicht zu bleiben.

Die Antwort auf diese Frage umfasst drei miteinander verbundene Systeme innerhalb der Zelle: die Zellzyklusmaschinerie, eine Gruppe von Proteinen, die die Zelle von einer Phase des Zellteilungszyklus zur nächsten vorantreiben, sowie deren Inhibitoren, die diesen Prozess bei Bedarf stoppen; die Kontrollpunkte, die die Integrität des genetischen Materials überwachen, eine Gruppe von Genen und Proteinen, die Schäden am genetischen Material erkennen und den Zellteilungszyklus stoppen, bis diese Schäden repariert sind; und das Reparatursystem für genetisches Material, das verschiedene Mechanismen umfasst: einen, der die Enden eines Schnitts direkt, schnell, aber weniger präzise verbindet; einen anderen, der denselben Schnitttyp viel präziser repariert, indem er eine intakte Kopie des genetischen Materials als Vorlage verwendet; und einen dritten, der verbleibende Fehler korrigiert, nachdem die Zelle ihr genetisches Material kopiert hat.

Die Onkogenese, also die Entstehung von Krebs innerhalb einer Zelle, ist nicht das Versagen nur eines dieser drei gekoppelten Systeme, sondern der koordinierte Zusammenbruch aller drei gleichzeitig: Erst wenn die Zellzyklusmaschinerie, die Kontrollpunkte, die das genetische Material überwachen, und das System zur Reparatur des genetischen Materials gleichzeitig versagen, hört die Zelle auf, auf die Kontrollmechanismen zu reagieren, die normalerweise ihre Vermehrung im Gleichgewicht halten, und die Anzahl der Zellen beginnt stetig und unumkehrbar zu wachsen.

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