Apoptose

Apoptose ist der programmierte Zelltod: Ihr Körper baut Zellen, die beschädigt sind oder nicht mehr gebraucht werden, nach Plan ab, entfernt sie und verwertet ihr Material weiter. Für uns bei Mitochondriak® ist das kein Scheitern, sondern Wartung, und das Kommando kommt aus den Mitochondrien: Dieselben Organellen, die Ihre Energie bereitstellen, entscheiden auch über Leben und Tod der Zelle.

Den Begriff prägten 1972 die Pathologen Kerr, Wyllie und Currie an der Universität Aberdeen. Sie meinten damit einen aktiven, von innen programmierten Abbau, der als Gegenspieler der Zellteilung die Zahl der Zellen im Gewebe regelt. Das griechische Wort beschreibt das Abfallen von Blütenblättern oder von Blättern eines Baumes. [Quelle] Jaroslav Lachký, Gründer von Mitochondriak® und Quantenbiologe, nennt die Apoptose einen „kritisch wichtigen Prozess“ und sagt: „Sie kann Ihnen die Tür zum Himmel öffnen, aber auch die zur Hölle; so oder so wollen Sie ‚den Schlüssel besitzen‘, mit dem Sie sie öffnen.“ Dieser Schlüssel liegt für uns in den Mitochondrien, und Licht, Energie und Jahreszeit drehen ihn mit.

Was passiert bei der Apoptose?

Die Zelle zerlegt sich selbst, sauber und nach Plan: Kern und Zellplasma verdichten sich, die Zelle zerfällt in kleine, von Membran umhüllte Pakete, und Nachbarzellen nehmen diese auf und bauen sie ab. Kerr und Kollegen betonten die Vorteile: wenig Störung im Gewebe, keine Entzündung wie bei der Nekrose und ein sparsamer Umgang mit Material, weil die Bestandteile der Zelle wiederverwertet werden. Die Pakete können binnen 24 Stunden entstehen und wieder verschwinden. [Quelle] Arandjelovic und Ravichandran (University of Virginia) sprechen von einem Aufräumtrupp aus Fresszellen. [Quelle]

Warum dieses Gleichgewicht so viel zählt, fasst eine Übersichtsarbeit des US-amerikanischen National Institute of Environmental Health Sciences zusammen: Eine unpassende Apoptose, zu wenig oder zu viel, ist an vielen Erkrankungen des Menschen beteiligt, darunter neurodegenerative Erkrankungen, Schäden durch Minderdurchblutung, Autoimmunerkrankungen und viele Krebsarten. [Quelle] Haben Sie gesundheitliche Beschwerden, gehört die Abklärung in ärztliche Hände.

Wie entscheiden die Mitochondrien über Leben und Tod der Zelle?

Auf dem inneren, dem intrinsischen Weg fällt das Urteil an den Mitochondrien: Lassen sie Cytochrom c ins Zellplasma, beginnt der Abbau. Das zeigte 1996 die Gruppe um Xiaodong Wang (Emory University): In Extrakten aus Zellplasma brauchte das Todesprogramm dATP und Cytochrom c, und Zellen in Apoptose gaben mehr Cytochrom c ins Zellplasma ab. [Quelle] In Gegenwart von Cytochrom c und dATP verbinden sich Apaf-1 und Caspase-9; Caspase-9 wird aktiv und aktiviert Caspase-3. [Quelle] Diese eiweißspaltenden Enzyme, die Caspasen, zerlegen die Zelle.

Die Tür bewachen Proteine der BCL-2-Familie: Bcl-2 hielt in den Versuchen von Kluck, Green, Newmeyer und Kollegen (La Jolla Institute) Cytochrom c in den Mitochondrien zurück und blockierte so die Caspasen. [Quelle] Daneben gibt es einen äußeren, extrinsischen Weg über Todesrezeptoren an der Zelloberfläche.

Jaroslav Lachký zählt auf, was die Apoptose antreibt: UV-Licht, ein Calciumleck im Mitochondrium, die Freisetzung von Cytochrom c über Cardiolipin und danach die Aktivierung der Caspasen. Calcium ist Überlebensfaktor und „gnadenloser Killer“ zugleich: Eine Überladung der Zelle mit Calcium kann den apoptotischen oder den nekrotischen Zelltod auslösen, beschreiben Sten Orrenius (Karolinska-Institut) und Kollegen. [Quelle]

Welche Rolle spielen Cytochrom c und Cardiolipin?

Cytochrom c hat zwei Berufe: Im gesunden Mitochondrium trägt es Elektronen von Komplex III zur Cytochrom-c-Oxidase (Komplex IV), im Ernstfall startet es den Zelltod. Festgehalten wird es von Cardiolipin, einem Membranfett, das in unseren Zellen nur in Mitochondrien vorkommt. Jaroslav Lachký beschreibt die Bindung in zwei Stufen: erst elektrostatisch, weil Cytochrom c stark positiv geladen ist, dann schiebt sich ein wasserabweisendes Ende des Cardiolipins in das Protein. Die Gruppe um Orrenius zeigte, warum das zählt: Erst wenn diese Bindungen gelöst sind, kann das Protein Bax Cytochrom c durch die äußere Membran entlassen; keiner der beiden Schritte reicht allein. [Quelle]

Das Signal entsteht im Cardiolipin selbst: Es ist das einzige Phospholipid der Mitochondrien, das früh in der Apoptose oxidiert wird, und zwar durch gebundenes Cytochrom c, das als Peroxidase arbeitet. Erst das oxidierte Cardiolipin gibt die Todesfaktoren frei, zeigten Valerian Kagan (University of Pittsburgh) und Kollegen 2005; reaktive Sauerstoffspezies sind hier der Auslöser. [Quelle] Mitochondrien mit zerstörtem Cardiolipin sind für Lachký genau die, die der Körper gezielt beseitigt.

Auch die Energie entscheidet mit. Lachký: „Für die richtige Aktivierung der Apoptose braucht das Mitochondrium eine Unterbrechung des Elektronenflusses an der Membran zwischen dem 3. und dem 4. Komplex und zugleich die Bildung von ATP.“ Tritt Cytochrom c aus, fehlt der Atmungskette genau dieser Träger. Und ohne ATP gibt es keinen geordneten Tod: Eguchi, Shimizu und Tsujimoto (Universität Osaka) blockierten die Apoptose vollständig, als sie das ATP der Zellen senkten; ein Calciumreiz löste mit ATP Apoptose aus, ohne ATP Nekrose. [Quelle] Zum Wasser zwischen den Membranen sagt Lachký: „Die Arbeit dieses Wassers, die Hydratation, entscheidet darüber, ob das Mitochondrium und auch die Zelle die Apoptose oder die Autophagie durchlaufen kann oder nicht.“

Worin unterscheiden sich Apoptose, Nekrose und Autophagie?

Apoptose entfernt eine ganze Zelle geordnet, Nekrose zerstört sie unkontrolliert, und Autophagie repariert die Zelle von innen, indem sie beschädigte Teile recycelt. Jaroslav Lachký vergleicht es so: „Wenn ich die Apoptose mit einem pedantischen Putztrupp vergleiche, der in einen Raum kommt und den ganzen ‚Tatort‘ perfekt reinigt, dann können wir die Nekrose mit einer in den Raum geworfenen Granate vergleichen. Der Tatort wird zwar alles Unnötige los, doch dabei entstehen viele weitere Schäden.“ Bei der Nekrose, erklärt er, saugt sich die Zelle mit Wasser und Ionen voll, bis sie reißt.

Für die Autophagie nimmt Lachký ein Fenster: „Die Apoptose ist der Austausch des ganzen Teils (altes Fenster raus, neues Fenster rein), die Autophagie ist ‚zerlegen, schmieren und wieder zusammenbauen‘.“ Noboru Mizushima (Tokyo Medical and Dental University) und Masaaki Komatsu beschreiben sie als Recyclingsystem, das Zellbestandteile in den Lysosomen abbaut und neue Bausteine und Energie für die Erneuerung der Zelle liefert. [Quelle] Lachký: „Beide brauchen wir, um zu überleben und gesund zu sein.“

Die Ferroptose verbindet Lachký mit Ablagerungen von Metallen im Körper. Namensgeber ist das Eisen (lateinisch ferrum): Dixon, Stockwell und Kollegen (Columbia University) beschrieben die Ferroptose 2012 als eigenständigen oxidativen Zelltod, der von Eisen in der Zelle abhängt. [Quelle]

Was ist Mitoptose?

Mitoptose ist der programmierte Tod eines einzelnen Mitochondriums, die Apoptose im Kleinen. Den Begriff schlug 1999 Vladimir Skulachev vor (Belozersky-Institut, Staatliche Universität Moskau). [Quelle] Sein Prinzip: „it is better to die than to be wrong“, lieber sterben als fehlerhaft sein. Mitochondrien, die zu viele reaktive Sauerstoffspezies bilden, öffnen eine Pore in ihrer inneren Membran und beseitigen sich selbst; sterben sehr viele auf einmal, setzen sie Todessignale frei, und die ganze Zelle geht in die Apoptose. [Quelle]

Bei massiven Schäden werden Mitochondrien in ein „mitoptotisches Körperchen“ verpackt und aus der Zelle ausgeschleust, beschreiben Lyamzaev, Knorre und Chernyak. [Quelle] Die Autophagie eines Mitochondriums heißt Mitophagie.

Warum läuft die Apoptose in Darm, Haut und Gehirn verschieden?

Jedes Gewebe hat sein Tempo: Der Darm erneuert seine Schleimhaut in wenigen Tagen, die Haut beseitigt vom UV geschädigte Zellen, und das Gehirn hält seine Nervenzellen ein Leben lang. Das betont auch Jaroslav Lachký: Im Gehirn ist die Apoptose gebremst, denn würden zu viele Nervenzellen sterben, wäre eine neurodegenerative Störung die Folge; im Darm dagegen müssen verbrauchte Zellen rasch gehen. [Quelle]

Eine Metaanalyse der University of Manchester über 85 Studien fand beim Menschen eine Erneuerung der Darmschleimhaut im Mittel alle 3,5 Tage (3,48 Tage, 265 Personen). [Quelle] Reife Nervenzellen dagegen teilen sich nicht mehr und sichern ihr Überleben um jeden Preis, mit mehreren Strategien gegen die Apoptose, schreiben Kole, Annis und Deshmukh (University of North Carolina). [Quelle]

In der Haut greift das Licht ein: Sogenannte Sonnenbrandzellen sind Keratinozyten, also Zellen der Oberhaut, die nach UV-Bestrahlung in die Apoptose gehen. Dieter Kulms und Thomas Schwarz (Universität Münster) sehen darin einen Schutzmechanismus, der schwer geschädigte Zellen beseitigt, unter anderem über Schäden an den Mitochondrien und die Freisetzung von Cytochrom c. [Quelle] Für Lachký ist das der sichtbare Teil des Sommerprogramms: UV beschleunigt die Apoptose der Keratinozyten, und die Haut erneuert sich.

Wie steuern Sonnenlicht und Jahreszeiten Apoptose und Autophagie?

Für uns folgt die Wartung der Zellen dem Sonnenjahr: Der Sommer mit viel UV ist die Zeit der Apoptose, Herbst und Winter mit mehr Infrarot, Kälte und langen Nächten sind die Zeit der Autophagie. In Lehrbüchern kommt die Jahreszeit kaum vor. Jaroslav Lachký nennt die Herbst-Tagundnachtgleiche einen Schalter: „Wenn sich Tag und Nacht angleichen, schaltet die Biologie den Modus um.“ Sein Bild stammt aus der Werkstatt: „Der Sommer mit genug UV ist für Sie wie der Wechsel von Keilriemen, Zahnriemen und Reifen, der Winter ist Ihr ‚Servicemodus‘: Ölstand prüfen, Öl nachfüllen, Reifen aufpumpen.“

Der Winter ist tatsächlich UV-arm: In Edmonton, auf 52 Grad nördlicher Breite und damit etwa auf der Höhe von Berlin, bildete Sonnenlicht von Oktober bis März in der Haut kein Prävitamin D3, fanden Webb, Kline und Holick (Boston University). [Quelle] Und Vitamin D reicht bis in die Mitochondrien: Die Turiner Gruppe um Francesca Silvagno fand seinen Rezeptor reichlich in den Mitochondrien einer menschlichen Keratinozyten-Zelllinie. [Quelle] Fehlte der Rezeptor, atmeten Zellen übermäßig, bildeten mehr reaktive Sauerstoffspezies, verloren auf Dauer die Intaktheit ihrer Mitochondrien und starben. [Quelle] Für Lachký ist das der Kern des Sommerprogramms: Über Vitamin D und seinen Rezeptor greift das UV in den Elektronenfluss an der Cytochrom-c-Oxidase ein, während Nahinfrarot die Energie liefert.

Was zeigt die Forschung zu Licht, Mitochondrien und Zelltod?

Licht greift dort ein, wo die Entscheidung fällt: an den Mitochondrien. In Zellstudien schützte Nahinfrarot vor dem Zelltod durch UV, und rotes Licht mit 670 nm senkte den Zelltod gestresster Nerven- und Sehzellen. Den Empfänger beschreibt Tiina Karu (Russische Akademie der Wissenschaften): Die Cytochrom-c-Oxidase, der Partner von Cytochrom c, ist Photoakzeptor und Signalwandler für rotes und nahinfrarotes Licht. [Quelle]

Alle vier sind Labor- und Tierstudien mit eigenen Lichtquellen und Parametern.

So setzen Mitochondriaks das um

Mitochondrien zuerst: Wir geben beiden Wartungsprogrammen ihre natürlichen Signale, im Sommer Licht, im Herbst und Winter Kälte, Dunkelheit und Pausen.

• Morgens ins Freie: in der ersten halben Stunde nach dem Aufstehen; Morgenlicht stellt Ihre innere Uhr.
• Im Sommer Sonne auf die Haut: regelmäßig und maßvoll, morgens und am späten Nachmittag, später auch kurz mittags; Schritt für Schritt und ohne Sonnenbrand (siehe Lichtschwiele und den Hinweis unten).
• Im Winter Kälte: kalt duschen, leichter bekleidet spazieren gehen, kühl schlafen.
• Essen bei Tageslicht, mit Pausen: abends nichts mehr; saisonal, im Winter mehr tierische Fette wie Butter oder Ghee, kein Tropenobst, keine industriellen Pflanzenöle.
• Nachts Dunkelheit: abends rotes Licht statt weißer LEDs, vor Bildschirmen eine rote Brille; der Nachtmodus ist nur eine Teillösung. Im Dunkeln entsteht Ihr Melatonin.
• Barfuß und draußen: Bewegung im Tageslicht, barfuß auf Wiese oder Waldboden (siehe Grounding (Erdung)).

Verwandte Begriffe

• Mitochondrien: Kraftwerke und Richter der Zelle.
• Atmungskette: Enzymkette, in der Cytochrom c Elektronen zu Komplex IV trägt.
• Cytochrom-c-Oxidase (CCO): Komplex IV und Empfänger für rotes und nahinfrarotes Licht.
• ATP (Adenosintriphosphat): Energieträger, ohne den die Apoptose in die Nekrose kippt.
• Oxidativer Stress: Überschuss reaktiver Sauerstoffspezies.
• Freie Radikale: reaktive Moleküle, Signal und Stressfaktor zugleich.
• Vitamin D: Sonnenhormon, dessen Rezeptor auch in Mitochondrien sitzt.
• Lichtschwiele: natürliche Anpassung der Haut an die Sonne.
• Photobiomodulation: rotes und nahinfrarotes Licht als Signal an die Mitochondrien.
• Nahinfrarotlicht (NIR): unsichtbarer Teil des Sonnenlichts jenseits von Rot.
• Zirkadianer Rhythmus: innere Uhr, die Tag und Nacht in Ihre Zellen trägt.

Häufige Fragen zur Apoptose

Was ist Apoptose einfach erklärt?

Apoptose ist der programmierte Selbstabbau einer Zelle. Eine beschädigte oder überflüssige Zelle zerlegt sich nach Plan in kleine, umhüllte Pakete, die Nachbarzellen aufnehmen und verwerten, ohne Entzündung. Den Anstoß geben oft die Mitochondrien, indem sie Cytochrom c freisetzen. So setzt Ihr Körper täglich etwa 200 bis 300 Milliarden Zellen um.

Ist Apoptose gut oder schlecht?

Apoptose ist lebensnotwendig: Sie ist die Wartung, die beschädigte und überflüssige Zellen entfernt. Heikel wird es erst, wenn das Gleichgewicht kippt: Sterben zu wenige Zellen, bleiben beschädigte erhalten; sterben zu viele, geht Gewebe verloren. Jaroslav Lachký über Apoptose und Autophagie: „Beide brauchen wir, um zu überleben und gesund zu sein.“

Was ist der Unterschied zwischen Apoptose und Nekrose?

Apoptose ist geordneter Abbau, Nekrose ein unkontrollierter Zelltod. Bei der Apoptose verwerten Nachbarzellen die umhüllten Reste, eine Entzündung bleibt aus. Bei der Nekrose schwillt die Zelle an und reißt, und es entsteht eine Entzündung. Fehlt der Zelle ATP, wird aus einer Apoptose eine Nekrose. Jaroslav Lachký vergleicht die Apoptose mit einem Putztrupp, die Nekrose mit einer Granate im Raum.

Was ist der Unterschied zwischen Apoptose und Autophagie?

Bei der Apoptose stirbt die ganze Zelle, bei der Autophagie verdaut sie nur beschädigte Teile und lebt weiter. Jaroslav Lachký vergleicht die Apoptose mit dem Austausch eines ganzen Fensters, die Autophagie mit Zerlegen, Schmieren und Wiedereinbauen. Im Sommer überwiegt für ihn die Apoptose, im Winter die Autophagie. Bei einzelnen Mitochondrien heißen die beiden Wege Mitoptose und Mitophagie.

Welche Rolle spielen die Mitochondrien bei der Apoptose?

Sie fällen auf dem inneren Weg das Urteil. Unter Stress oxidiert Cytochrom c das Mitochondrienfett Cardiolipin, löst sich und tritt ins Zellplasma aus. Dort bringt es mit Apaf-1 und dATP die Caspase-9 in Gang, die weitere Caspasen aktiviert. Proteine der BCL-2-Familie wie Bcl-2 halten diese Tür geschlossen, andere wie Bax öffnen sie.

Was ist Mitoptose?

Mitoptose ist der programmierte Tod eines einzelnen Mitochondriums. Vladimir Skulachev prägte den Begriff 1999: Mitochondrien, die zu viele reaktive Sauerstoffspezies bilden, beseitigen sich selbst. Sterben sehr viele auf einmal, setzen sie Todessignale frei, und die ganze Zelle geht in die Apoptose. Der sanftere Weg, der Abbau über die Autophagie, heißt Mitophagie.

Wie beeinflusst Sonnenlicht die Apoptose?

UV löst in schwer geschädigten Hautzellen die Apoptose aus. In Zellstudien schützte eine Vorbestrahlung mit Infrarot Hautzellen vor dem Zelltod durch UV und bremste die Aktivierung der Caspasen durch UVB. Für Jaroslav Lachký ist der Sommer deshalb die Zeit der Apoptose, der UV-arme Winter die Zeit der Autophagie.

Was Sie sich merken sollten

• Apoptose ist Wartung: Beschädigte Zellen werden geordnet abgebaut, ohne Entzündung, und ihr Material wird verwertet.
• Die Mitochondrien entscheiden: Cytochrom c, Cardiolipin und genug ATP bestimmen, ob eine Zelle geordnet geht oder in der Nekrose zerbricht.
• Sie brauchen beide Programme: Apoptose tauscht ganze Zellen aus, Autophagie repariert sie von innen.
• Licht spricht mit: UV räumt geschädigte Hautzellen ab; in Zellstudien schützte Infrarot vor dem Zelltod durch UV.

Geben Sie beiden Programmen ihre Signale, im Sommer maßvolle Sonne, im Winter Kälte, Dunkelheit und Essenspausen; wie Ihre innere Uhr diese Signale von Licht und Dunkelheit aufnimmt, zeigt unser Beitrag Zirkadianer Rhythmus: So funktioniert unsere innere Uhr.