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Apoptose

Apoptose-Modell Milchdrüse

Apoptose (= programmierter Zelltod) steht für das Selbstmord-Programm einzelner biologischer Zellen. Die Apoptose ist die Voraussetzung für eine ordnungsgemäße Embryogenese, Metamorphose und Funktion des Immunsystems. Eliminiert werden zum Beispiel Zellen, die im Überschuss produziert wurden, fehlentwickelte Zellen, geschädigte Zellen sowie Zellen mit schädigendem Potential, wie zum Beispiel autoreaktive Immunzellen und Zellen, deren Aufgabe erfüllt ist, wie zum Beispiel während der Involution der Brustdrüse (Rückbildung der Brustdrüse beim Abstillen).

Apoptose1

Abb. 1

 

Die Involution der Brustdrüse der Maus ist ein bekanntes Apoptose-Modell.
Unsere Stoffwechsel-Untersuchungen haben gezeigt, dass es während der Laktationsphase in der Brustdrüse der Maus zu einer koordinierten Hochregulierung aller Enzyme der Glycolyse, Glutaminolyse und des Pentose-Phosphat-Stoffwechselweges kommt. Diese koordinierte Hochregulierung des Stoffwechsels ist notwendig, um die hohen Syntheseleistungen während der Laktation zu gewährleisten und um Energie-Imbalancen zu vermeiden. Die Hochregulierung der Enzymaktivitäten während der Laktation ist im wesentlichen den epithelialen Zellen zuzuordnen, die während der Schwangerschaft durch Proliferation stark expandieren und die Adipocyten auf schmale Banden zurückgedrängen (Abb. 1). Während der Laktation können Enzymaktivitäten auch in den Milchtropfen nachgewiesen werden.

Die Induktion der Apoptose durch Entfernung der Jungen von den Muttertieren führte zu einer Herunterregulierung aller Enzyme der Glycolyse, Glutaminolyse und des Pentose-Phosphat-Weges. Im Gegensatz zur Laktation war die Herunterregulierung der verschiedenen Enzyme während der Involution der Brustdrüse nicht koordiniert, sondern erfolgte in unterschiedlichen zeitlichen Verläufen. Während die Aktivitäten der ATP-verbrauchenden Enzyme Hexokinase und 6-Phosphofructo-1-Kinase an den ersten beiden Tagen der Involution hochblieben, wurde die ATP-regenerierende Pyruvatkinase sofort herunterreguliert. Dies führte zu einem sofortigen Abfall von ATP sowie aller übrigen Nukleotide (GTP, UTP, NAD+). AMP wurde in die Milch abgegeben. AMP ist ein effektiver Hemmstoff der Tumor-Zellproliferation und induziert die Seneszenz in normal proliferierenden Zellen.


Kooperationspartner: Robert Friis, Abteilung für klinisch-experimentelle Tumorforschung, Universität Bern, Schweiz und Günter Weisse, Merck KGaA, Darmstadt.