Woran erkennt eine Zelle, dass sie aufhören soll, sich zu teilen?
Eine Zelle stoppt ihre Teilung über eingebaute Kontrollpunkte, die DNA-Schäden, Energiemangel und andere Stresssignale registrieren. Wie diese Bremsen funktionieren und wie Krankheitserreger sie kapern, ist gut verstanden – die Übertragung in Therapien steckt aber noch in den Anfängen.
Der Zellzyklus besitzt eingebaute Kontrollpunkte. Der wichtigste liegt am Übergang von der Vorbereitungsphase zur DNA-Verdopplungsphase. An diesem Punkt entscheidet ein Proteinnetzwerk, ob die Teilung fortgesetzt werden darf. Das Protein Rb wirkt dabei wie eine Bremse: Solange sie greift, teilt sich die Zelle nicht. Bestimmte Motorprotein-Paare – Cycline und ihre Partner – müssen diese Bremse lösen. Läuft etwas schief, greift ein weiteres Protein ein: p53 aktiviert seinen Helfer p21, der die Motoren blockiert und die Bremse festzieht.
Auch während der DNA-Verdopplung selbst kann Alarm ausgelöst werden. Wenn das Maschinenteil, das die DNA-Doppelhelix aufwindet, den Kontakt zu jenem verliert, das die Kopie anfertigt, sendet die Zelle ein Notsignal aus. Daraufhin kommen alle Kopierstellen in der Zelle gleichzeitig zum Stillstand. So wird verhindert, dass halb kopiertes oder beschädigtes Erbgut an die Tochterzellen weitergegeben wird.
Gelingt es der Zelle nicht, den Schaden zu beheben, kann aus der vorübergehenden Pause ein Dauerzustand werden. Man nennt das zelluläre Seneszenz: Die Zelle bleibt am Leben, teilt sich aber nie mehr. Dieser Zustand ist ein grundlegender Alterungsmechanismus, der langfristig zu Krebs, Arteriosklerose und Gelenkerkrankungen beiträgt. Bei Nierenschäden hingegen hat die temporäre Teilungspause eine schützende Funktion – sie gibt der Zelle die Möglichkeit zur Erholung. Zwei Proteine, die dabei im Urin nachweisbar werden, können diesen Zustand früh anzeigen, noch bevor klassische Nierenschaden-Symptome auftreten.
Krankheitserreger nutzen genau dieses System für ihre eigenen Zwecke aus. Das Cytomegalovirus (ein Herpesvirus) blockiert den Zellzyklus, schaltet gleichzeitig aber Kopiergene an – und schafft sich damit eine ideale Vermehrungsumgebung. Das Bakterium, das die Legionärskrankheit auslöst, heftet per injiziertem Protein ein chemisches Etikett an Ribosomen, die Proteinfabriken der Zelle, woraufhin die Proteinsynthese stockt und die Teilung stoppt. Virus und Bakterium handeln dabei nicht zum Schutz der Zelle, sondern einzig zu ihrer eigenen Vermehrung.
Forschende versuchen, den Zellzyklus auch gezielt therapeutisch zu beeinflussen. Das Malariamittel Artesunate hemmt in Zellkulturen und Tierversuchen das Gaspedal des Zellzyklus über ein antioxidatives Signal, was im Auge Fibrose entgegenwirken könnte. Ob das beim Menschen funktioniert, ist bislang nicht untersucht. Ein weiteres Laborwerkzeug macht ein bekanntes Chemotherapeutikum lichtempfindlich, sodass die Zellteilung durch einen Lichtimpuls sekundengenau angehalten werden kann. Das ist jedoch vorerst ein reines Forschungsinstrument, keine Therapieoption.
Alle Aussagen stützen sich auf die zugrunde liegenden PMIDs (28729727, 34903047, 39374399, 26044835, 41468429, 39151383, 33035402). Die mechanistische Grundlage der Zellzyklus-Kontrollpunkte ist durch mehrere Quellen robust belegt; die Eingriffe durch Viren und Bakterien sind stark beziehungsweise mäßig belegt. Artesunate und die lichtaktivierte Technik sind ausschließlich in Zell- und Tierversuchen nachgewiesen.