Zellzyklus-Kontrollpunkt

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 9. März 2017
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Der gesamte Zellzyklus wird durch ein Kontrollsystem gesteuert. An einem Zellzyklus-Kontrollpunkt werden kritische Prozesse und Phasenübergänge reguliert, die innerhalb eines Zellzykluses stattfinden.

Was ist der Zellzyklus-Kontrollpunkt?

Die Abfolge von physiologischen Ereignissen in den Zellen, die einen Zellkern besitzen, nennt sich Zellzyklus. Dieser findet als ein Kreislauf statt, der nach einer Zellteilung beginnt und die nächste einleitet. Er besteht aus der Interphase und Mitose. Dabei teilt sich eine Mutterzelle in zwei Tochterzellen, in denen wiederum die Interphase beginnt. Die dort vorhandene Genaktivität reguliert den Stoffwechsel der wachsenden Zelle, während sich im Zellkern ein Nucleolus entwickelt.

Die Interphase ist die längere der beiden und wechselt dann in Mitose. Sie wird wiederum in verschiedene Phasen geteilt. Das sind die G1-Phase, in der die Zelle wächst und die Chromosomenverdoppelung vorbreitet wird, die S-Phase, in der sich die Chromosomen verdoppeln und die G2-Phase, in der die Zelle weiterwächst und die nächste Mitose vorbereitet wird.

Dieser gesamte Zyklus wird durch ein molekulares Kontrollsystem gesteuert. Hier werden Zellereignisse ausgelöst und kontrolliert, die in Form von Kontrollpunkten Stopp- und Weitersignale vermitteln. An einem Kontrollpunkt werden also kritische Prozesse und Phasenübergänge analysiert, die innerhalb des Zellzykluses stattfinden. Diese dienen als Schutz für die Integrität des Erbgutes und sorgen dafür, dass die Zelle nicht entartet.

Ein kritischer Prozess kann z. B. sein, wenn in der Metaphase eine Trennung der Chromosomen geschieht. Die Metaphase stellt die zweite Phase der Zellteilung dar, die als Mitose und Meiose bezeichnet werden. In der Metaphase bilden sich Nucleolus und Kernhülle zurück. Dabei wird eine typische Struktur gebildet, ein sogenanntes Monaster. Die Chromosomen unterscheiden sich in dieser Phase deutlich voneinander.

Funktion & Aufgabe

Zellzyklus Kontrollpunkte sind in zwei Phasen festgelegt. Diese sind die Interphase mit den Kontrollpunkten G1 und G2, und die Mitosephase. Während der ersten findet eine gesteigerte Kernaktivität statt, damit verbunden dann auch ein erhöhtes Risiko von DNA-Schäden durch Krebserreger, beispielsweise hervorgerufen durch UV-Licht. Dies wiederum kann zu bösartigen Tumoren führen.

Auch verschiedene Giftstoffe, Drogen, Umweltgifte und Toxine können hier Krankheiten verursachen. In der Interphase werden spezialisierte Proteine aufgebaut, die solchen Defekten entgegenwirken, sie aufspüren und am Kontrollpunkt verhindern, dass die Zelle in eine andere Phase wechselt. Durch Apoptose wird dann der Zelltod herbeigeführt. Bildlich lässt sich von einem kontrolliert gesteuerten Selbstmord der Zelle sprechen, der gegenüber dem Tod der Zelle durch z. B. mechanische Verletzungen eine Entzündungsreaktion auslöst und kein Cytoplasma freisetzt.

Entschieden wird an diesem Kontrollpunkt, ob die Zelle geteilt wird oder nicht. Die meisten Zellen im menschlichen Körper sind in einem Status, dass die Zelle sich nicht mehr teilt. Findet also kein Weitersignal an diesem Kontrollpunkt statt, hat die Zelle den Zyklus verlassen und teilt sich nicht mehr. Sie wechselt dann in die G0-Phase.

Der gesamte Zellzyklus wird durch ein Kontrollsystem gesteuert. An einem Zellzyklus-Kontrollpunkt werden kritische Prozesse und Phasenübergänge reguliert, die innerhalb eines Zellzykluses stattfinden.

Bei der Zellzykluskontrolle finden molekulare Kontrollmechanismen statt. In der Interphase sind das die Bildung der Proteine 53 und 21 und BAX. Das Protein 53 ist maßgebend für die Kontrolle der DNA-Integrität. Er wird auch als „Wächter“ des Genoms bezeichnet. Bei einem biologischen Prozess, bei dem genetische Informationen eines DNA-Strangs auf die RNA übertragen werden, wirkt das Protein als ein Transkriptionsfaktor, der die DNA bei Schädigungen hochreguliert und die Expression von Tumorsupressorgenen bewirkt.

Wesentlich für den Zellzyklus von Wirbeltieren ist auch das Protein 21, ein so bezeichneter CDK-Inhibitor, der an den Phasenübergängen die Zelle blockiert, damit die Enzyme zur DNA-Reparatur genügend Zeit haben, um beispielsweise das Wachstum von Krebszellen zu unterdrücken oder diverse Erbgutdefekte zu beheben. BAX ist wiederum ein Protein, das als Co-Faktor des Proteins 53 wirkt. Es überwacht die Apoptose der Zelle.

Am zweiten Zellzyklus-Kontrollpunkt, in der Mitosephase, findet dann die Trennung der Chromosomen in der Metaphase statt. Dies ist immer ein kritischer Moment, da z. B. eine unvollständige Trennung zu somatisch numerischen Chromosomenaberrationen führt.

Es ist bekannt, dass die menschliche Körperzelle 46 Chromosomen besitzt. Dieser Zustand wird Euploidie genannt. Wenn sich eine Anomalie bildet, können sich die Chromosomen vervielfältigen. Dann wird von Polyploidie gesprochen. Menschliches Leben ist unter diesen Bedingungen nicht möglich. Insofern die Chromosomenanzahl wiederum nicht dem haploiden Satz (n = 23) entspricht, liegt eine fehlerhafte Trennung der Chromosomen oder Schwesterchromatiden vor. Eine Krankheit, die damit einhergeht, ist die Trisomie 21.

In der Mitosephase wird die korrekte Verteilung der Chromosomen auf Mutter- und Tochterzellen gesichert. Daher ist die Mitosephase ein Spindelkontrollpunkt. Das bringt einen Spindel-Kontrollmechanismus mit sich, der darauf beruht, dass die Chromosomen erst getrennt werden, wenn eine korrekte Anheftung der Mikrotubuli an den Kinetochoren vorhanden ist. Der genaue Ablauf während der Mitosephase ist noch nicht exakt erforscht. Mediziner gehen von einer Interaktion der Proteine mit dem Kinetochor und dem anhaftenden Mikrotubuli des Spindelapparates aus.

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Krankheiten & Beschwerden

Sind die Zellzyklus-Kontrollpunkte gestört, können sich z. B. Krebszellen bilden. Die Krebszelle entsteht durch Transformation einer normalen Zelle in eine anormale. Im gesunden Immunsystem wird eine Zelle erkannt und zerstört. Geschieht das nicht, bildet sich ein Tumor.

Wenn die Zelle an ihrem ursprünglichen Ort bleibt, wird von einer gutartigen Geschwulst gesprochen. Diese kann beseitigt werden. Zellen eines bösartigen Tumors wiederum sind fähig, andere Organe und Zellen zu schädigen, können den Stoffwechsel stören und Metastasen bilden. Im Gegensatz zu normalen Zellen können sich Krebszellen unendlich oft teilen und sind daher auch schwierig zu behandeln.

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