Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vom Leben und Sterben einer Zelle

24.03.2010
Mathematische Modelle erklären Zellprozesse in Zusammenhang mit Krebs

Im menschlichen Körper sterben jeden Tag rund zehn Milliarden Zellen. Das kontrollierte Absterben der Zellen, auch Apoptose genannt, ist ein wichtiger physiologischer Prozess, durch den einzelne Zellen zum Wohl des ganzen Organismus abgetötet werden.

Es handelt sich dabei um Zellen, die alt, infiziert, potenziell gefährlich sind oder einfach nicht länger benötigt werden. Störungen des kontrollierten Absterbens der Zellen sind an der Entstehung zahlreicher Krankheiten wie Krebs, Diabetes oder Alzheimer beteiligt. Um ein besseres Verständnis für die komplexen biologischen Prozesse der Apoptose zu erhalten, nutzt die Forschergruppe um den Leibniz-Preisträger Prof. Frank Allgöwer vom Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik der Universität Stuttgart (IST) Methoden der mathematischen Modellierung und Analyse. Die Wissenschaftler beschäftigen sich mit dem noch jungen Forschungsgebiet der systemtheoretischen Analyse von Rückkopplungen innerhalb biologischer Systeme.

Apoptose kann unter verschiedenen Bedingungen ausgelöst werden: Durch zellexterne Signalproteine, indem diese an speziellen Rezeptoren in der Zellmembran binden oder durch zellinterne Signale, wie Schäden an der DNA. Beide Signale bewirken die Aktivierung einer Kaskade von Enzymen. Diese sogenannten Caspase-Enzyme werden in einer inaktiven Pro-Form produziert und dann, ausgelöst durch die oben beschriebenen Signale, durch Spaltung aktiviert. Dieser Vorgang bewirkt durch Rückkopplung die Bildung vieler aktivierter En-zymmoleküle, eben einer Caspase-Kaskade. Die Stuttgarter Forscher haben den Mechanismus mithilfe einer mathematischen Modellierung untersucht. Sie zeigten, dass die Entscheidung über den Start der kontrollierten Selbstzerstörung der Zelle während der Caspase-Kaskade gefällt wird, dass heißt, die Aktivierung der Kaskade stellt einen irreversiblen Schaltvorgang dar. Damit wurde auch deutlich, dass der Apoptose ein bistabiles System zu Grunde liegt. In vielen biologischen Systemen ist die Bistabilität von wesentlicher Bedeutung. Hier besitzt ein System zwei stabile Ruhelagen und kann abhängig von bestimmten Signalen zwischen diesen Zuständen wechseln. Bei der Apoptose spielt diese auf Rückkopplungsmechanismen basierende biologische Schalterfunktion eine wesentliche Rolle.

Mit weiteren systemtheoretischen Untersuchungen will die Forschergruppe nun in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Instituts für Zellbiologie und Immunologie der Universität Stuttgart die Kenntnisse um die Apoptose vertiefen. Da das Schaltverhalten in der Apoptose über Leben und Tod einzelner Zellen entscheidet, erwartet man, dass kleine Schwankungen im physiologischen Zustand der Zelle keinen starken Einfluss auf die Entscheidung haben, die Entscheidung somit robust ist. Unterschiedliche Sensitivitätsuntersuchungen und Simula-tionsstudien des erweiterten Apoptosemodells zeigen, wie das Verhalten von den verschiedenen Parametern abhängt.

Daraus ließ sich ableiten, dass hochregulierte Inhibitoren (,die die Apoptose hemmen), wie sie bei zahlreichen Krebserkrankungen beobachtet werden, nicht nur wie bisher angenommen für die Desensibilisierung von Zellen gegenüber Signalen zur Apoptose sorgen, sondern ebenfalls zur Aggressivität und Wachstum der Tumore beitragen könnten. Die Erweiterung bestehender mathematischer Modelle soll zudem dazu beitragen, die Wirkung weiterer Signalproteine auf den Zelltod zu beschreiben, um noch gezielter neue therapeutische Eingriffsmöglichkeiten für die Krebsbehandlung erforschen zu können.

Ursula Zitzler | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de/
http://www.ist.uni-stuttgart.de/research/projects/sysbio/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie
22.02.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften