Zellteilung: Wie sich Zellen vermehren

Unsere Zellen können sich selbst teilen. Dieser Vorgang ist die Grundlage für das Wachstum und für die Fortpflanzung aller Lebewesen.

Unsere Zellen besitzen die Eigenschaft, dass sie sich selbst teilen können. Bei der Zellteilung entstehen aus einer Zelle schließlich zwei Zellen, von denen jede wachsen und sich dann wieder weiter teilen kann. Während einer Schwangerschaft läuft dieser Teilungsvorgang so häufig ab, dass aus der einzigen befruchteten Zelle (bei der Zeugung) schließlich ein Mensch heranwächst. Durch weitere Zellteilungen nach der Geburt entstehen schließlich wieder die 30 bis 100 Billionen Zellen im Körper eines erwachsenen Menschen.

Vor jeder Zellteilung wird zuerst die DNA im Zellkern verdoppelt (Synthese-Phase) und dann der Zellkern mit den darin enthaltenen Chromosomen geteilt (Mitose). Es wird also auch die darin gespeicherte Erbinformation kopiert, so dass im Grunde genommen alle Zellen in einem Menschen den gleichen Bauplan in sich tragen.

Zwischen der Synthese-Phase "S" und der Mitose "M" befinden sich noch die beiden Phasen "G₁" und "G₂" (Lücke, englisch "Gap"). Diese Abfolge der wiederkehrenden Aktivitäten (G₁ - S - G₂ - M) wird "Zellzyklus" genannt.¹ Zellen können diesen Zyklus entweder immer wieder durchlaufen ("Proliferation") oder auch für einige Zeit in eine Ruhephase "G₀" eintreten, in welcher dieser Zyklus verlassen wird ("Quieszenz").²

Bild von ar130405 auf Pixabay

Abbildung: Zellen vermehren sich durch Zellteilung (Symbolbild)

Im Laufe des Alterns kommt es jedoch auch vor, dass einige Zellen zwar aufhören, sich zu teilen, jedoch dabei immer noch aktiv sind, also nicht absterben.³ Die Ursachen dafür können unterschiedlich sein, z.B. weil die Telomere zu kurz sind oder weil die DNA durch äußere Einflüsse beschädigt wurde.⁴ Diese sogenannten "seneszenten Zellen" wachsen nicht mehr, und setzen außerdem auch Botenstoffe frei, welche für unseren Körper schädlich sind. Diese Zellen sind also für den Fortbestand oder die Entwicklung unseres Körpers hinderlich. Normalerweise führt in diesem Fall der programmierte Zelltod (Apoptose) dazu, dass solche Zellen gezielt entfernt werden, und damit der Platz für neue Zellen frei gemacht wird.⁵ Doch bei der zellulären Seneszenz tritt dieser programmierte Zelltod nicht ein.

In einem jungen Menschen ist die Anzahl von seneszenten Zellen noch gering, so dass diese recht harmlos sind. Nach Jahrzehnten der Anhäufung sammeln sich jedoch so viele solcher Zellen in unserem Körper an, dass ihr abnormaler Stoffwechsel eine Bedrohung für die umgebenden gesunden Gewebe wird.⁶ Dies ist ein wichtiger Faktor für altersbedingte Fehlfunktionen und Erkrankungen.⁷

Zelluläre Seneszenz ist daher eines der neun "Kennzeichen des Alterns". ⁸ Als Lösung wird die Beseitigung von seneszenten Zellen vorgeschlagen. ⁹

Um den Körper von seneszenten Zellen bereinigen zu können, entwickeln Forscher derzeit sogenannte "senolytische Medikamente" (Senolytika), dessen Ziel es ist, seneszente Zellen abzutöten und damit unschädlich zu machen.¹⁰ Sobald dadurch keine schädlichen Sekrete mehr freigesetzt werden, können die benachbarten Zellen (Progenitorzellen) wieder ordentlich arbeiten und sich teilen, so dass der Platz der eliminierten seneszenten Zellen eingenommen werden kann.¹¹

Die Wirksamkeit von senolytischen Medikamenten ist bei Mäusen bereits in mehreren Versuchen nachgewiesen worden. Es konnte dadurch erreicht werden, dass die Mäuse im Durchschnitt um 36 % länger lebten als sonst üblich und außerdem auch weniger gebrechlich waren.¹² Im September 2019 wurde bekanntgegeben, dass in einer klein angelegten klinischen Studie auch bereits in Menschen schädliche seneszente Zellen mit der gleichen Methode entfernt werden konnten.^{13 14}

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Image by Kelvinsong, CC0, via Wikimedia Commons

Abbildung: Die Phasen im Zellzyklus

1 https://de.wikipedia.org/wiki/Zellzyklus

2 https://en.wikipedia.org/wiki/Cell_cycle#Phases

3 https://www.heise.de/tr/artikel/Gesuender-sterben-4226445.html

4 https://de.wikipedia.org/wiki/Zellseneszenz#Zellul%C3%A4re_Mechanismen

5 https://de.wikipedia.org/wiki/Programmierter_Zelltod

6 https://www.besiege-den-tod.de/alterungsprozess-stoppen/apoptosens-dysfunktionale-zellen-entfernen.html

7 https://www.pharmazeutische-zeitung.de/ausgabe-342018/antiaging-und-mehr/

8 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3836174/#S29title

9 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3836174/#S39title

10 https://de.wikipedia.org/wiki/Zellseneszenz#Weitere_Merkmale_seneszenter_Zellen

11 https://www.sens.org/senolytics-solution-or-self-defeating-for-senescent-cells/

12 https://www.nih.gov/news-events/nih-research-matters/eliminating-senescent-cells-extends-healthy-life-mice

13 https://www.leafscience.org/positive-results-for-senolytics-in-human-trial/

14 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352396419305912