Zelluläres Gedächtnis

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 9. März 2017
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Die Hypothese des zellulären Gedächtnisses geht von einer Informationsspeicherung auf molekulargenetischer und zellulärer Ebene aus. Das bekannteste Beispiel für das zelluläre Gedächtnis liegt mit der Antigenerinnerung des Immunsystems vor. Mittlerweile wird das BMI1-Protein des zellulären Gedächtnisses mit Krebsentstehung assoziiert.

Inhaltsverzeichnis

Was ist das zelluläre Gedächtnis?

Ein erwachsener Mensch besitzt 100 Billionen Zellen, die jede für sich um die 100 unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen. Die Hypothese vom zellulären Gedächtnis besagt, dass jede einzelne Zelle im menschlichen Körper über ein eigenes Erinnerungsvermögen verfügt. Der mit bekannteste Mechanismus des zellulären Gedächtnisses liegt im Immunsystem vor, das sich an Antigene erinnert.

Das zelluläre Gedächtnis ist dem Bewusstsein nicht zugänglich und bislang nicht abschließend erforscht. Beobachtungen an Säugetieren wie Ratten scheinen für die Hypothese zu sprechen. So nahmen Ratten für längere Zeit gelöstes Kokain zu sich und zeigten noch Monate später Veränderungen in der synaptischen Aktivität, die durch einen Ausstoß von Dopamin gekennzeichnet waren. Dieser Dopamin-Ausstoß im Belohnungszentrum wurde mit dem Begriff des zellulären Gedächtnisses in Zusammenhang gebracht und wird als einer der Schlüsseleffekte für Substanzsucht und Rückfälle bei therapierten Suchterkrankten vermutet.

Aktuelle Untersuchungen haben erwiesen, dass einzelne Zellen auch für äußere Wärme- und Stromreize ein begrenztes Erinnerungsvermögen besitzen. Die Hypothese vom zellulären Gedächtnis hat sich auf diese Weise gefestigt. So sollen beispielsweise Traumata und Erkrankungen auf zellulärer Ebene gespeichert werden. Alternativmedizinische Methoden wie die Bioresonanz versuchen sich an der Löschung und Bereinigung von solcherlei gespeicherten Informationen.

Funktion & Aufgabe

Das zelluläre Gedächtnis des Immunsystems erinnert sich an Antigene, die in der Vergangenheit bereits bekämpft wurden. Durch diesen Prozess erkennt es Krankheitserreger nach einem Erstkontakt schneller und bekämpft sie effektiver oder stärker. Dieses Prinzip ist die Basis der erworbenen Immunantwort und wird durch die Impfung unterstützt.

Ein zelluläres Gedächtnis liegt offenbar aber nicht nur dem Immunsystem zugrunde. Alle Körperzellen sollen sich an bestimmte Ereignisse erinnern. Bestimmte Gene bei Pflanzen lassen Zellen beispielsweise Informationen über ihr eigenes Genschicksal an sämtliche Tochterzellen weitergeben. So hat es die Universität Heidelberg bei molekularbiologischen Untersuchungen an einer Modellpflanze herausgefunden. Zwischen den verantwortlichen Proteinen der Modellpflanze und dem menschlichen Proteinnetzwerk scheinen Strukturähnlichkeiten zu bestehen, die für ein ähnliches Zellgedächtnis beim Menschen sprechen. Die Untersuchungen fanden an einer Pflanze mit gestörten Funktionen im zellulären Gedächtnis statt. Unmittelbar nach einer Keimung verwandelten sich Einzelbereiche ihrer Keimblätter in embryonale Strukturen zurück. Die molekulargenetischen Untersuchungen erwiesen, dass die Keimblätter somatischen Embryonen entsprachen. Die Strukturen wurden demnach von differenzierten Zellen generiert. Bei Pflanzen ohne Störungen des Zellgedächtnisses werden die Tochterzellen über das Schicksal der Mutterzellen informiert.

Die Hypothese des zellulären Gedächtnisses geht von einer Informationsspeicherung auf molekulargenetischer und zellulärer Ebene aus.

Verantwortlich dafür sind zwei verschiedene Gene, deren Defekt die beobachteten Störungen des zellulären Gedächtnisses verursacht. Diese Gene haben die Kodierung von zwei unterschiedlichen Proteinen zur Aufgabe, die dem menschlichen BMI1-Protein gleichen.

Das Protein ist strukturell ein Teil von molekularen Mechanismen. So markiert das BMI1-Protein bei Pflanzen und Menschen Komponenten der Erbsubstanz, die auch als Histone bezeichnet werden. Diese chemische Markierung schaltet das Gen zu einem bestimmten Zeitpunkt ab und kann bei der Zellteilung mit unverändertem DNA-Code an die Tochterzellen vererbt werden. Die codierenden Gene für das BMI1-Protein ermöglichen es Zellen also, Informationen über das eigene genetische Schicksal an nachfolgende Zellgenerationen zu vererben.

Ebenfalls spricht für das zelluläre Gedächtnis eine im Jahr 2000 veröffentlichte Untersuchung, die Verhaltensänderungen an zehn Empfängern eines Herztransplantats untersuchte. Alle Empfänger besaßen nach der Transplantation bis zu fünf neue Verhaltensmuster, die die Forscher an den Transplantatspendern nachwiesen und auf die Transplantation zurückführten. Diese Beobachtungen werden von der heutigen Medizin allerdings für unzuverlässig erklärt und mit der psychischen Belastungssituation der Empfänger in Verbindung gebracht.

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Krankheiten & Beschwerden

Das zelluläre Gedächtnis kann beispielsweise im Rahmen des sogenannten Schmerzgedächtnisses Beschwerden verursachen. Die schmerzbedingende Erregung erfährt eine Verstärkung und überdauert damit den Zeitraum, in dem ein Schmerzreiz tatsächlich auf den Menschen einwirkt. Für diesen Mechanismus sind vor allem die exzitatorischen Aminosäuren relevant, so beispielsweise Glutamat.

Diese Neurotransmitter bringen eine Erregungskaskade in Gang. Die Nervenzellen stoßen während der Erregungskaskade verschiedene Botenstoffe aus, denen eine Beeinflussung der Transkriptionsfaktoren nachgesagt wird. Diese Beeinflussung der Transkriptionsfaktoren aktiviert die genetische Grundlagen der betroffenen Zelle. Lang anhaltende Nervenzellen aktivieren so die sogenannten Protoonkogene, die an den Zielgenen die Transkriptionsrate erhöhen. Auf diese Weise wird genetische Information auf morphologischer Ebene zu Strukturinformation umgesetzt. In der Nervenzelle bilden sich dadurch neue Ionenkanäle und Rezeptoren. Die Produktion von Neurotransmittern und Neurohormonen steigt an.

In bestimmten Bereichen der Nervenzellen werden Proteine gespeichert, die als Basis des zellulären Schmerzgedächtnisses gelten. Das Schmerzgedächtnis kann durch die beschriebenen Mechanismen auf lange Sicht eine Verstärkung von Schmerzsignalen bewirken. So wird lang anhaltender Schmerz auf Dauer in die empfangenden Neuronen eingraviert.

Eine Überrepräsentation des BMI1-Proteins scheint außerdem für die Entstehung von verschiedenen Krebsarten eine Rolle zu spielen, so zum Beispiel für Blasen-, Haut-, Prostata-, Brust- und Eierstockkrebs. Eine Inhibition des Proteins wird daher mittlerweile in der Krebstherapie angewandt, so zum Beispiel bei Eierstockkrebs und Hautkrebs, die nicht auf Maßnahmen wie eine Chemotherapie reagieren. Die Selbsterneuerungsmechanismen der Krebszellen sind durch die Inhibition des Proteins nachweislich zurückgegangen. An Mäusen löschte die Reduzierung der Proteine die Krebszellen auf lange Sicht sogar aus und heilte die Tiere so von ihrer Krebserkrankung.

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