Institut für Klinische Physiologie
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Apoptose in Kolonepithelien
Alfred H. Gitter

Nekrose und Apoptose

Der Tod einer Zelle kann entweder durch mangelnde Nähr- oder Sauerstoffversorgung eines Gewebsabschnitts (Nekrose) oder durch aktive Selbstzerstörung in einer isolierten Einzelzelle (Apoptose) eintreten (Abb. 1).

Nekrose und Apoptose

Abb. 1 Nekrose und Apoptose. In der Nekrose bricht der Zellstoffwechsel zusammen, die Zelle schwillt und die zellulären Membranen lösen sich auf. In der Apoptose rundet sich die Zelle ab und schrumpft; die DNS wird systematisch abgebaut. Im Gegensatz zur Nekrose wird der Inhalt der apoptotischen Zelle in Membranvesikeln (apoptotische Körperchen) verpackt und ohne Enzymfreisetzung von Nachbarzellen phagozytiert.

Kolonepithelien

Die Darmwand wird von einem einschichtigen Epithel bedeckt. Im Kolon gibt es drüsenartige Einfaltungen, die Lieberkühnschen Krypten, welche eine vorwiegend sekretorische Funktion haben (Abb. 2A).

Menschliches Colon
A

 HT-29/B6-Zellen
B
Abb. 2 A Darmwand des menschlichen Kolons, fixiert und gefärbt mit Hämatoxylin und Eosin. Ein einschichtiges Epithel bildet die Barriere zwischen Darmlumen und Körperinnerem. B Epitheliale Kultur von HT-29/B6-Zellen, die Eigenschaften der nativen Becherzellen der menschlicher Kolonkrypten aufweisen. Die geschrumpfte, kontrastreiche Zelle im Zentrum eines rosettenförmigen Musters stellt eine Apoptose dar.

Zur experimentellen Untersuchung des programmierten Zelltods (Apoptose) im Kolonepithel wurde eine Zell-Linie (HT-29/B6) benutzt (Abb. 2B). Diese zeigt reproduzierbar die funktionellen Eigenschaften von Becherzellen der Krypten (Chloridsekretion, keine Natriumresorption, Schleimsekretion).

Nachweis von Apoptosen

Im lichtmikoskopischen Bild der lebenden HT-29/B6-Zellen erschienen apoptotische Zellen als geschrumpftes Zentrum einer "Rosette". Histologisch ließen sich Apoptosen nach Fixierung in Semidünnschnitten mit Farbstoffen oder fluoreszierenden Markern darstellen. Am besten zeigten sich die morphologischen Veränderungen der apoptotischen Zelle mit der Elektronenmikroskopie (Abb. 3).

Apoptosenachweise 

Abb. 3 Nachweis einzelner apoptotischer Zellen. A Lebendes Epithel im Durchlicht (LM). B Ein rot fluoresziierender Farbstoff (Texas-Rot) band mit Hilfe eines Antikörpers an Ocludin, einen Bestandteil der Schlußleisten, und zeigte so die Zellgrenzen in einer apoptischen Rosette. C Mit Hämatoxylin-Eosin-Färbung (H-E) hoben sich die Fragmente des zerfallenden Kerns der apoptototischen Zelle gut ab. D Der Fluoreszenzfarbstoff 4,6-Diamidino-2-phenylindol-2-HCl (DAPI) band besonders stark an apoptotische Zellkerne, so daß diese heller erscheinen. E Die durch Strangbrüche freigelegten Enden doppelsträngiger DNS konnten mit der TUNEL-Methode (TdT-mediated X-dUTP nick end labeling) markiert werden, so daß sich auch hier apoptotische Kerne heller erschienen. F Mit der Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) ließen sich apoptotische Fragmente hochaufgelöst darstellen. Aufnahmen: Kerstin Bendfeldt.

Apoptose bei Colitis ulcerosa

Colitis ulcerosa ist eine entzündliche Darmerkrankung, welche die epitheliale Barriere des Kolons beeinrächtigt und schwere Entzündungen hervorruft. Im fortgeschrittenen Stadium ist das Oberflächenepithel durch ausgedehnte Erosionen, und das verminderte Kryptenepithel durch Abszesse vielfach zerstört. Aber schon im Frühstadium der Krankheit finden sich lokale Lecks, obwohl die ausgedehnten Epithelschäden noch fehlen (Abb. 4 A,B). Am Ort der Lecks finden sich vermehrt epitheliale Apoptosen (Abb. 4 C) und daher vermuten wir, daß die Apoptosen die Lecks verursachen. Es liegt nahe, daß diese Barrieredefekte als Einfallstor für Antigene die Enzündung hervorrufen oder zumindest verstärken.

A B C

Abb. 4 Im Frühstadium der Colitis ulcerosa gibt es Lecks in der epithelialen Barriere, die vermutlich durch Apoptosen entstehen. A Menschliches Colon sigmoideum mit geringer Entzündung; die Mukosa zeigt bereits Kryptenrarifizierung, aber Läsionen sind nicht sichtbar. B Die räumliche Verteilung der Ionenpermeabilität weist ein lokales Leck auf. C Betrachtet man die Leckstelle vergrößert, erkennt man eine erhöhte Apoptoserate oberflächennah in einer Krypte.

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