Der programmierte Zelltod (PCD) oder Apoptose ist ein normaler Bestandteil des Stoffwechsels von Tieren. Manchmal kann dieser Prozess im falschen Entwicklungsstadium stattfinden und Krankheiten verursachen. Normalerweise sind Enzyme, die Caspasen genannt werden, für den Zelltod verantwortlich. Ein alternativer Prozess zur Herbeiführung von PCD ist ein Protein namens Apoptose-induzierender Faktor (AIF). Dieses Protein befindet sich in den Mitochondrien und verlagert sich in den Zellkern, um einen DNA-Abbau und anschließenden Zelltod zu verursachen.
Apoptose ist ein normaler Bestandteil des Zellstoffwechsels. Der menschliche Körper lässt ständig Zellen absterben und ersetzt sie dann. Wenn der Prozess nicht richtig reguliert wird, kann er schwerwiegende Auswirkungen auf die menschliche Physiologie haben. Krebszellen erfahren beispielsweise viel seltener PCD als gesunde Zellen und können sich ausbreiten und zu Tumoren werden. Wenn die Regulierung zu häufig zu einer Apoptose führt, können Zellen alternativ dazu absterben, wenn sie für die Gewebefunktion benötigt werden.
Mitochondrien sind zelluläre Strukturen, die durch eine äußere Membran vom Rest der Zelle getrennt sind. Sie haben auch eine innere Membran. Zwischen diesen beiden Membranen befindet sich ein mit Flüssigkeit gefüllter Raum, der viele Proteine enthält, insbesondere solche, die an der Energieerzeugung für die Zellen beteiligt sind. Der Apoptose-induzierende Faktor befindet sich in diesem Raum und wirkt im Atmungsweg.
Viele der am Zelltod beteiligten Proteine sind Caspasen, aber der Apoptose-induzierende Faktor ist eine ganz andere Art von Protein. Dieses Enzym ist ein Flavoprotein, ein spezialisiertes Protein, das an der Übertragung von Elektronen beteiligt ist. Es kommt in einer Vielzahl von eukaryontischen Zellen vor, die vom Menschen bis zum Teich-Ciliatenorganismus Tetrahymena reichen. Studien zur Sequenz des Proteins und der Gene, die für die Apoptose-induzierenden Faktoren kodieren, haben gezeigt, dass es sich um ein uraltes Protein handelt, das sehr weit in die Evolution zurückreicht.
Wenn frühe Signale PCD auslösen, wird die äußere Membran der Mitochondrien undicht. AIF wird aus seinem Kompartiment in den Mitochondrien freigesetzt und gelangt in das Zytosol, das flüssige Milieu der Zelle. Von dort gelangt es in den Kern. Dieses Protein bewirkt, dass die DNA im Zellkern fragmentiert. Dabei beeinflusst es die strukturelle Integrität des Zellkerns, indem es die Chromatinstruktur stört und ein frühes Stadium des programmierten Zelltods hervorruft.
Die Regulation des Apoptose-induzierenden Faktors wurde in Tiermodellen sehr gründlich untersucht. Dies hat zu Korrelationen zwischen der AIF-Aktivität und dem Absterben von Neuronenzellen geführt. Krankheiten wie die Lou-Gehrig-Krankheit wurden in Tierstudien mit einer solchen Aktivität korreliert.
Es ist bekannt, dass viele menschliche Krankheiten auf funktionelle Probleme mit Mitochondrien zurückzuführen sind. Eine andere Art von Fehlregulation kann dem Apoptose-induzierenden Faktor passieren, während er sich noch an seinem mitochondrialen Ort befindet. Genetische Studien haben Mutationen, die AIF betreffen, während es in seinem normalen Zellkompartiment lokalisiert ist, mit einer Reihe von menschlichen Krankheiten korreliert, die auf einer Fehlfunktion der Mitochondrien beruhen.