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Die Proliferation, also die Vermehrung von Zellen durch Teilung, ist ein zentraler biologischer Prozess, der für Wachstum, Entwicklung und Geweberegeneration unerlässlich ist. In der Medizin spielt sie eine entscheidende Rolle bei der Wundheilung, der Blutzellbildung und der Erneuerung von Geweben. Gleichzeitig kann eine gestörte oder unkontrollierte Proliferation zu schwerwiegenden Erkrankungen wie Krebs führen. Dieser Text beleuchtet die Mechanismen der Zellproliferation, ihre Regulation sowie ihre Bedeutung in Gesundheit und Krankheit.
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Proliferation – Definition
In der Medizin und Biologie bezeichnet Proliferation die Vermehrung und das Wachstum von Zellen durch Zellteilung (Mitose). Dieser Prozess ist essenziell für die Entwicklung, Regeneration und Heilung von Geweben.
Proliferation – Ablauf
Damit Proliferation ablaufen kann, benötigen die Zellen Reize. Diese werden in Form von Wachstumsfaktoren vermittelt, die als Hormone an einen Rezeptor der Zelle binden. Dadurch werden über eine komplexere Signalkaskade bestimmte Gene aktiviert, die die Zelle in ihrem Zellzyklus vorantreiben und damit das Wachstum sowie letztendlich die Teilung einleiten.
Zu den bekannteren Wachstumsfaktoren gehören EGF (epidermal growth factor), IGF (insulin-like growth factor) und PDGF (platelet-derived growth factor).
EGF und PDGF
Beide Wachstumsfaktoren EDF und PDGF binden an sogenannte Rezeptor-Tyrosinkinasen. Nach Bindung des Liganden teilt sich der Rezeptor in zwei Einheiten (Dimerisierung). Im Anschluss phosphorylieren sich die nun benachbarten intrazellulären Thyrosinkinase-Domänen des Rezeptors gegenseitig (Autophosphorylierung). Danach können eine Reihe an Signalwegen aktiviert werden, von denen viele dann zum vermehrten Ablesen von Genen führt, die wichtig für Wachstum und Proliferation sind.
IGF
Insulin-like growth factor 1 und 2 haben beide eine Verwandtschaft zu dem Hormon Insulin. Dabei spielt besonders das IGF-1 eine wichtige Rolle als Mediator des Wachstumshormons (GH). Das aus der Hypophyse freigesetzte GH stimuliert nämlich die Freisetzung von IGF-1 aus der Leber. Durch die Bindung an seinen Rezeptor steigert IGF-1 vielfältige anabole Stoffwechselwege, regt aber auch die Zellproliferation an.
Strukturelle Ähnlichkeit von Insulin und IGF
Die strukturellen Ähnlichkeiten von IGF und Inuslin haben zur Folge, dass IGF-1 in erniedrigter Affinität auch an den Insulin-Rezeptor und den IGF-2-Rezeptor binden kann.
Proliferation – Funktion
Die Proliferation von Zellen ist entscheidend für das Wachstum eines Organismus, die Erneuerung von Zellen in Geweben mit hoher Zellumsatzrate und die Heilung von Wunden. Zudem spielt sie eine wichtige Rolle im Immunsystem, indem sie die Vermehrung von Immunzellen fördert, um auf Infektionen zu reagieren.
Wundheilung
Nachdem das Gewebe verletzt wurde bildet sich an der Stelle ein Blutgerinnsel, das die Wunde abdeckt. Das zerstörte Gewebe und eingewanderte Bakterien werden von neutrophilen Granulozyten phagozytiert. Im späteren Verlauf werden auch Makrophagen des proinflammatorischen Typ 1 in das entzündete Gewebe gelockt und helfen bei der Beseitigung der Zellreste. Im weiteren Verlauf kommen auch Makrophagen des anti-inflammatorischen M2-Typs dazu und setzen für die Proliferation wichtige Wachstumsfaktoren frei. Auch die beteiligten Thrombozyten setzen einen Wachstumsfaktor (PDGF) frei. Dadurch kann die Proliferation und damit Reparatur des Gewebes beginnen. Es proliferieren vor allem die Zellen des Bindegewebes (Fibroblasten) und Endothelzellen, die damit die Angiogenese fördern, also das Wachstum kleiner Kapillaren.
Das Bindegewebe wächst weiter aus und die Wunde kontrahiert im weiteren Verlauf, damit sich die Wundränder nähern. Zusätzlich wandern über die neu gebildeten Blutgefäße neue Epithelzellen in die Wunde ein, um neues Epithelgewebe zu generieren und die Wunde zu verschließen.
Proliferation – Klinik
Durch Mutationen in Onkogenen kann zu einer Überexpression des EGF-Rezeptors oder einer Überaktivität des Ras-Proteins kommen, welches einen der Signalwege des aktivierten EGF-Rezeptors darstellt. Diese Mutationen begünstigen unkontrolliertes Wachstum sowie Teilung der Zellen und sind bei einigen Tumoren ausgeprägt. Tumore zeigen oft hohe Proliferationsraten. Therapeutisch gibt es Tyrosinkinase-Inhibitoren, die diese übermäßigen Wachstumssignale blockieren können.
Häufige Fragen
- Was bedeutet Proliferation?
- Welche Faktoren beeinflussen die Zellproliferation?
- Welche Rolle spielt die Proliferation bei der Wundheilung?
- Wie unterscheidet sich normale von pathologischer Proliferation?
Es beschreibt die Zellteilung und -vermehrung, z. B. das Wachstum von Geweben oder Krebszellen.
Die Zellproliferation wird durch Zellzyklusregulatoren, Wachstumsfaktoren, die Mikroumgebung (z. B. Sauerstoff, ECM) sowie Hormone und Nährstoffe gesteuert.
Die Proliferation spielt eine zentrale Rolle bei der Wundheilung, da sie die Regeneration und den Wiederaufbau von Gewebe ermöglicht. Nachdem die Wunde durch den Heilungsprozess gegangen ist, beginnen Zellen, wie Fibroblasten, Endothelzellen und Keratinocyten, sich zu teilen und neues Gewebe zu bilden. Dies fördert die Bildung von Granulationsgewebe, das die Grundlage für die Heilung bildet, und unterstützt die Bildung von neuen Blutgefäßen (Angiogenese), um die Heilung zu fördern.
Normale Proliferation ist ein kontrollierter Prozess, bei dem Zellen in Reaktion auf spezifische Signale wachsen, um Gewebe zu erneuern oder Wunden zu heilen. Pathologische Proliferation ist unkontrolliert und fehlreguliert, oft aufgrund von Mutationen, was zu unaufhörlichem Zellwachstum führt, wie bei Krebs.
- Lüllmann-Rauch, Renate: Taschenlehrbuch Histologie, Thieme, 6. Auflage, 2019
- Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie, Springer, 10. Auflage
