Die Bibliothek · BiowissenschaftenTafel № 665 · Folio IV
ILL. № 665
BIO
Plate — Signaltransduktion
·Tafel № 665

Signaltransduktion

Wie Zellen miteinander reden: Kaskaden, die einen extrazellulären Liganden in eine intrazelluläre Entscheidung übersetzen. Hier greifen die meisten Medikamente an.
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Facetten
  • Ligand → receptor → cascade → cellular decisionnoch nicht geprüft
  • GPCRs, receptor tyrosine kinases, and nuclear receptorsnoch nicht geprüft
  • Cyclic AMP, calcium, and kinase cascadesnoch nicht geprüft
  • Most drugs act on the signaling layernoch nicht geprüft
Der Beitrag

Eine Zelle sieht aus wie eine für sich stehende Einheit und ist das Gegenteil davon. Jede Zelle im Körper steckt in einem unaufhörlichen chemischen Gespräch — mit ihren Nachbarn, mit dem Blutstrom, mit dem Immunsystem — und entscheidet pausenlos: teilen, sterben, sich spezialisieren, ausschütten, halten, freigeben. Dutzende solcher Gespräche laufen in einer einzigen menschlichen Zelle gleichzeitig, über Tausende verschiedener Rezeptoren. Die große vereinheitlichende Entdeckung der Biologie des späten zwanzigsten Jahrhunderts war, dass diese schwindelerregende Komplexität aus einer Handvoll immer gleicher Schritte gebaut ist — ein Signal bindet an einen Rezeptor, die Nachricht wird nach innen weitergegeben und verstärkt, das Verhalten der Zelle ändert sich — und dass die meisten unserer Medikamente wirken, indem sie genau in diese Maschinerie hineingreifen.

Das Grundmuster ist immer dasselbe. Ein Bote von außen — ein Hormon, ein Neurotransmitter, ein Wachstumsfaktor — dockt an einen Rezeptor in der Zelloberfläche, der Rezeptor gibt die Nachricht nach innen weiter, dort verstärken kleine, flinke sekundäre Botenstoffe sie und reichen sie über Enzymkaskaden weiter, bis sie an der Maschinerie ankommt, die ändert, was die Zelle tut. Ein paar Bauformen genügen der Natur dafür, und sie verwendet sie endlos wieder: Allein eine Rezeptorfamilie — jene formwandelnden Proteine, die alles von Adrenalin bis Licht registrieren — stellt rund ein Drittel aller Angriffspunkte für Medikamente. Entscheidend ist aber, dass diese Ebene Signale nicht nur weiterreicht, sondern verrechnet. Wie eine Zelle antwortet, hängt daran, welche Botschaften gleichzeitig eintreffen, ob ein Signal gleichmäßig anliegt oder in Stößen kommt und wo im Zellinneren es empfangen wird — dasselbe Molekül kann einmal „wachsen“ heißen und einmal „sterben“. Genau deshalb ist so viel Krankheit eine aus dem Ruder gelaufene Signalübertragung. Krebs ist oft ein Rezeptor, der dauerhaft angeschaltet bleibt und „teilen“ brüllt, obwohl gar kein Bote da ist; Diabetes ist das Insulinsignal, das niemand hört; Autoimmunkrankheit ist das chemische Geplauder des Immunsystems, zu laut gedreht. Dieselbe Verschaltung, mit der ein Körper Billionen Zellen aufeinander abstimmt, treibt ihn im Fehlerfall in seine schwersten Krankheiten.

Warum jetztWeil Medizin zu weiten Teilen darin besteht, an Signalen zu drehen, ist diese Ebene die am dichtesten mit Wirkstoffen besetzte Fläche des Körpers. Alltägliches wirkt hier — Betablocker, Antihistaminika und Antidepressiva blockieren bestimmte Rezeptoren oder stupsen sie an —, und die Vorzeigetherapien der Gegenwart ebenso: Die GLP-1-Agonisten hinter den neuen Abnehmmitteln schalten einen einzigen Rezeptor an, die Krebsimmuntherapie löst eine molekulare Bremse, hinter der sich Tumoren vor dem Immunsystem verstecken, und zielgerichtete Krebsmedikamente legen genau das eine dauerhaft angeschaltete Protein still, das einen bestimmten Tumor antreibt. Zunehmend werden solche Moleküle am Rechner entworfen, passgenau für eine einzige Konformation eines einzigen Signalproteins. Für die Medizin hat sich das gewaltige Gespräch zwischen den Zellen als der ergiebigste Ort überhaupt erwiesen, an dem sich eingreifen lässt.