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Downregulation ist der Prozess, bei dem eine Zelle die Menge eines zellulären Bestandteils, wie RNA oder Protein, als Reaktion auf eine externe Variable verringert. Eine Zunahme eines zellulären Bestandteils wird als Hochregulierung bezeichnet.
Ein Beispiel für eine Herunterregulierung ist die zelluläre Abnahme der Anzahl der Rezeptoren für ein Molekül, wie z. B. ein Hormon oder einen Neurotransmitter, wodurch die Empfindlichkeit der Zelle gegenüber dem Molekül verringert wird. Dieses Phänomen ist ein Beispiel für einen lokal wirkenden negativen Rückkopplungsmechanismus.
Ein Beispiel für eine Hochregulierung ist die erhöhte Anzahl von Cytochrom-P450-Enzymen in Leberzellen, wenn xenobiotische Moleküle, wie Dioxin, entdeckt werden, was zu einem Abbau der Moleküle führt.
Rezeptor-Downregulation
Mechanismus
Der Prozess der Downregulation tritt auf, wenn der Spiegel des Hormons Insulin im Blut erhöht ist. Wenn Insulin an seine Rezeptoren auf der Oberfläche einer Zelle bindet, wird der Hormonrezeptorkomplex endozytiert und anschließend von intrazellulären lysosomalen Enzymen angegriffen. Die Internalisierung der Insulinmoleküle bietet einen Weg für den Abbau des Hormons sowie für die Regulierung der Anzahl der Stellen, die für die Bindung an der Zelloberfläche zur Verfügung stehen. Bei hohen Plasmakonzentrationen verringert sich die Zahl der Oberflächenrezeptoren für Insulin allmählich durch die beschleunigte Internalisierung und den Abbau der Rezeptoren, die durch die erhöhte Hormonbindung verursacht werden. Die Syntheserate neuer Rezeptoren im endoplasmatischen Retikulum und ihr Einbau in die Plasmamembran halten mit ihrer Zerstörungsrate nicht Schritt. Im Laufe der Zeit führt dieser selbstverursachte Verlust von Zielzellenrezeptoren für Insulin zu einer Verringerung der Empfindlichkeit der Zielzelle gegenüber der erhöhten Hormonkonzentration. Der Prozess der Verringerung der Anzahl der Rezeptorstellen ist für alle Hormone praktisch gleich; er variiert nur im Rezeptor-Hormon-Komplex.
Fälle
Dieser Prozess wird durch die Insulinrezeptorstellen auf den Zielzellen bei einer Person mit Typ-2-Diabetes veranschaulicht. Aufgrund des erhöhten Blutzuckerspiegels einer übergewichtigen Person müssen die β-Zellen (Langerhans-Inseln) in der Bauchspeicheldrüse mehr Insulin als normal freisetzen, um den Bedarf zu decken und das Blut wieder auf einen homöostatischen Wert zu bringen. Der nahezu konstante Anstieg des Insulinspiegels im Blut resultiert aus dem Bestreben, den Anstieg des Blutzuckerspiegels auszugleichen, was dazu führt, dass die Rezeptoren auf den Zellen der Person herunterreguliert werden und die Anzahl der Rezeptoren für Insulin abnimmt, was die Resistenz der Person durch eine geringere Empfindlichkeit gegenüber diesem Hormon erhöht. Auch die Empfindlichkeit der Leber gegenüber Insulin nimmt ab. Dies zeigt sich in der anhaltenden Glukoneogenese in der Leber, selbst wenn der Blutzuckerspiegel erhöht ist. Dies ist der häufigere Prozess der Insulinresistenz, der zu Altersdiabetes führt.
Ein weiteres Beispiel ist der Diabetes insipidus, bei dem die Nieren unempfindlich für Arginin-Vasopressin werden.
Umkehrung
Dem Prozess der Herabregulierung kann im obigen Beispiel entgegengewirkt werden. Eine Person mit Typ-2-Diabetes kann ihre Insulinempfindlichkeit durch richtige Ernährung und regelmäßige Bewegung erhöhen, was zu einer Gewichtsabnahme führt; einige Personen können durch eine solche Maßnahme sogar in ihren vordiabetischen Zustand zurückkehren.
Siehe auch
- Regulation der Genexpression
- Desensibilisierung (Medizin)
Sherwood, L. (2004). „Human Physiology From Cells to Systems, 5th Ed“ (S. 680). Belmont, CA: Brooks/Cole-Thomson Learning
Wilmore, J., Costill, D. (2004). Physiology of Sport and Exercise, 3rd Ed (S. 164). Champaign, IL: Human Kinetics