Die Vermehrung von Zellen ist die Basis allen Lebens. Die Gesamtheit aller biochemischen Vorgänge, die während der binären Teilung einer Zelle ablaufen, bezeichnet man als Zellzyklus. Der Zellzyklus beginnt mit der Teilung einer Zelle in zwei genetisch identische Tochterzellen. In der Zeitspanne zwischen zwei darauffolgenden Zellteilungen (Interphase) wird die vererbbare Substanz, die DNA, verdoppelt. Replikation und die Mitose sind durch die beiden Zwischenphasen G 1 und G 2 voneinander getrennt (Abb. 1). Während der G 1 -Phase - unmittelbar nach der erfolgten Zellteilung - muss eine Tochterzelle zunächst wachsen, Proteine, Zucker und andere Bausteine für eine Verdoppelung des Genoms bereitstellen. Nach Überschreiten eines Restriktionspunkts ® geht die Zelle in die Synthese-Phase (S) über, in der die gesamte DNA repliziert und sofort mit den strukturellen Proteinen verpackt wird.
Die Vorbereitung auf die anschließende Verteilung des verdoppelten Genoms erfolgt während der G 2 -Phase des Zellzyklus. Dazu werden die langen DNA-Fäden in eine hoch kondensierte und kompakte, für die Verteilung geeignete Form umgewandelt, wodurch die Chromosomen entstehen. Schließlich erfolgt die eindruckvollste Phase des Zellzyklus, die Mitose. Dabei werden die zwei vollständigen Chromosomensätze exakt getrennt und auf die beiden sich bildenden Tochterzellen verteilt. Zum Schluss werden die zwei Tochterzellen im Zuge der Zytokinese voneinander getrennt.
Der Zellzyklus wird durch verschiedene, zu unterschiedlichen Phasen aktivierte Protein-Kinasen gesteuert. Protein-Kinasen sind Enzyme, die Phosphatmoleküle auf Eiweiße übertragen und dadurch deren Struktur und Aktivität beeinflussen. Diese Phosphatübertragung wird als "Phosphorylierung" bezeichnet wirkt als molekularer Schalter. Biochemische Reaktionen können auf dieser Weise sehr schnell an- oder abgeschaltet werden. Die zellzyklusrelevanten Kinasen bilden Komplexe mit ihren regulatorischen Komponenten, den Cyclinen und werden daher als Cyclin-dependent kinases (CDKs) bezeichnet. Der korrekte Ablauf des Zellzyklus wird zusätzlich durch eine Reihe von Proteinen s. g. CDK-Inhibitoren, die als Tumorsuppressoren gelten, reguliert.
Die vollständige Weitergabe eines gesunden, fehlerfreien Genoms setzt eine exakte Koordination der korrekten Replikation und Segregation der Chromosomen sowie die Behebung eventuell entstandener DNA-Schäden voraus. Störungen einer präzisen Steuerung der Zellzykluskontrolle, insbesondere der Verlust oder die Mutationen der Tumorsuppressoren spielen bei der Pathogenese maligner Erkrankungen eine Schlüsselrolle.
Jozefa Antonia Gadek-Wesierski
