Signalwege
Für eine Zelle sind intrazelluläre Signalwege als Reaktion auf die Außenwelt entscheiden, denn eine Zelle muss in der Lage sein, mit ihrem Umfeld zu interagieren. Dazu müssen Zellen Botenstoffe registrieren sowie interpretieren und mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen haushalten. Dazu nutzen Zellen unter anderem verschachtelte Netzwerke von Proteinen, welche diese vielfältigen Aufgaben über komplizierte Wechselwirkungen untereinander bewältigen können.
Die an den Interaktionen in der Zelle beteiligten Proteine ändern sich ständig. Anhand der Proteine definiert eine Zelle ihre Funktion, wodurch sogar kurzlebige Reize von außen in langfristige Änderungen der Form und des Verhaltens einer Zelle übersetzt werden können.
Klassifiziert man die Signalmoleküle über ihre Funktion, gehören Hormone, Wachstumsfaktoren, Komponenten der extrazellulären Matrix, Zytokine, Chemokine, Neurotransmitter und Neurotrophine dazu. Die Zahl der Signalwege ist begrenzt. Da die Zelle diese aber sehr spezifisch modulieren kann, nutzt sie sie für sehr unterschiedliche Aufgaben.
Signalwege bei Krankheit und Verletzung
Als Signalwege bezeichnet man Prozesse, mit deren Hilfe Zellen miteinander kommunizieren, auf äußere Reize reagieren, diese umwandeln und ins Zellinnere weiterleiten können. Fremde oder „feindliche“ Zellen von den körpereigenen zu unterscheiden, ist eine wichtige Aufgabe des Immunsystems. Bei einer Verletzung oder einer Infektion erfolgt die Weitergabe und Verarbeitung von Informationen im Körper auf molekularer Ebene. Am Ort der Schädigung kommunizieren die Zellen mittels definierter Botenstoffe, den sogenannten Zytokinen.
Gestörte Signalwege rufen viele Krankheiten hervor. Neben Krebs hat sich inzwischen gezeigt, dass auch Diabetes, Nieren-, Autoimmun- und Herzerkrankungen auf Fehler in der Signalleitung zurückzuführen sind.
Zytokine regulieren komplizierte Abwehrreaktionen
Zytokine sind Botenstoffe des Immunsystems, mit deren Hilfe insbesondere Immunzellen untereinander kommunizieren können. Dringt etwas Fremdes in den Körper ein, wird beim ersten Kontakt die Produktion von Zytokinen angekurbelt. Andere Immunzellen werden so über die drohende Gefahr informiert, Angriffszellen werden aktiviert und an den richtigen Ort dirigiert. In ähnlicher Weise wirken Zytokine, wenn Schäden an Körperzellen entdeckt werden. Zu den Zytokinen gehören beispielsweise Interleukine.
Beispiel für eine Signaltransduktion
Der Epidermale Wachstumsfaktor (epidermal growth factor, EGF) ist das Signal, welches vom EGF-Rezeptor der Zelle empfangen wird, wobei das Protein Ras als Mediator fungiert, sodass in der Folge Epithelien und andere Gewebe z. B. zur Proliferation stimuliert werden. Durch die Bindung von EGF an den EGF-Rezeptor werden zwei wichtige Signalkaskaden ausgelöst:
Es wird ein anti-apoptotisches Signal in der Zelle generiert, welches den programmierten Zelltod verhindert und die Zelle somit zum Überleben anregt.
Über das Protein Ras wird die Zellteilung gefördert. Diese Signale sind für gesunde Zellen essentiell, müssen aber stets genau reguliert werden, um übermäßiges Zellwachstum und somit eine Tumorbildung zu verhindern.
Signalwege zwischen und innerhalb von Zellen sind der Schlüssel zu koordinierten Funktionen. Die daran beteiligten Proteine sind von grundlegender Bedeutung für das Leben. Ihre Fehlregulation verursacht häufig Krankheiten. Bei chronisch-entzündlichen Erkrankungen ist der Gehalt bestimmter Zytokine – Interleukine – im Körper stark erhöht.
Die Übertragung von Signalen mit Botenstoffen ist eine Variante der Zellkommunikation. Als Signaltransduktion wird dabei der Prozess bezeichnet, wenn ein Botenstoff eine Reaktion auslöst, nachdem das Signal seine Zielzelle erreicht. Meist werden die Signale von außerhalb der Zelle (extrazellulär) in das Innere der Zelle (intrazellulär) übertragen. Den Auslöser des Signals bezeichnet man als Stimulus und den Botenstoff als Ligand (z. B. Hormone). Den Empfänger des Signals bezeichnet man als Rezeptor. Die Verkettung einzelner Signalschritte definiert man als Signalkaskade.
