Signalwege sind von grundlegender Bedeutung für die Zellkommunikation und die Regulation biologischer Prozesse. Jede Zelle im Körper nutzt Signalwege, um zu funktionieren und mit anderen Zellen zu kommunizieren. Diese komplexen Netzwerke ermöglichen es Zellen, Informationen aus ihrer Umgebung zu empfangen, zu verarbeiten und darauf zu reagieren. Diese Fähigkeit ist unerlässlich für das Überleben und die Funktionsfähigkeit aller lebenden Organismen. Signalwege steuern kritische zelluläre Funktionen wie Wachstum, Teilung und Tod. Die Kenntnis der spezifischen Signalwege erlaubt es Wissenschaftlern, gezielte Medikamente zu entwickeln, die bestimmte Krankheitssymptome behandeln, indem sie spezifische Teile eines Signalwegs modifizieren.
Grundlagen und Arten von Signalwegen
Es gibt verschiedene Arten von Signalwegen, die sich in ihrer Komplexität und Funktion unterscheiden. Diese Pfade können in drei Hauptkategorien unterteilt werden: autokrine, parakrine und endokrine Signalwege. Zusätzlich zu diesen Hauptkategorien gibt es auch intrazelluläre Signalwege, die innerhalb einer Zelle ablaufen, und Zell-Zell-Signalwege, bei denen Signale direkt von einer Zelle zur anderen übertragen werden. Diese Vielfalt an Signalwegen ermöglicht eine präzise Kontrolle über biologische Prozesse, von einfachen Zellfunktionen bis hin zu komplexen Verhaltensweisen des gesamten Organismus.
Autokrine Signalwege: Beziehen sich auf Signale, die von Zellen ausgesendet und von denselben oder benachbarten Zellen des gleichen Typs empfangen werden. Autokrine Wege sind wichtig für die lokale Zellregulation, beispielsweise bei der Wundheilung.
Parakrine Signalwege: Umfassen Signale, die von Zellen ausgesendet und von benachbarten Zellen verschiedener Typen empfangen werden. Parakrine Wege sind Schlüssel für die Kommunikation zwischen verschiedenen Zelltypen innerhalb eines Gewebes.
Endokrine Signalwege: Beschreiben Situationen, in denen Signale über den Blutstrom transportiert und von entfernten Zellen empfangen werden. Endokrine Wege sind von fundamentaler Bedeutung für die Regulierung physiologischer Prozesse auf Systemebene, wie Hormonausschüttungen.
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Eine effektive Zellkommunikation durch diese Signalwege ist essentiell für die Aufrechterhaltung der Homöostase, der selbstregulierenden Prozesse, die ein stabiles inneres Milieu in Organismen sicherstellen.
Hormone als Signalstoffe
Bei lebenden Organismen ist neben dem Nervensystem das Hormonsystem ein äußerst wichtiger Kommunikator. Im menschlichen Körper kennen wir viele bedeutsame Hormone wie z.B. Insulin, Adrenalin oder auch Sexualhormone. Hormone sind eine Art Nachrichtenüberbringer für den Körper. Sie ermöglichen die Kommunikation zwischen Zellverbänden. Zudem obliegt ihnen in ihrer Eigenschaft als Botenstoffe die Koordination von Organfunktionen und Stoffwechselabläufen.
Einteilung der Hormone
Die Kategorisierung geschieht nach folgenden Kriterien:
- chemische Struktur
- Syntheseort
- Wirkungsmechanismus
- Bildungsort
Die chemische Klassifizierung erfolgt in:
- Peptid- bzw. Proteohormone (z.B. Insulin und Glukagon)
- Steroidhormone (z.B. Testosteron und Östrogen)
- modifizierte Amine (z.B. Adrenalin und Noradrenalin)
Unterteilung nach Syntheseort:
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- Glanduläre Hormone werden in endokrinen Drüsen (Hypothalamus, Hypophyse, Schilddrüse, Magen-Darm-Trakt, Nebenniere, Keimdrüsen/Plazenta) gebildet und von dort aus in den Blutstrom abgegeben. Ein spezifischer Rezeptor am Zielorgan vermittelt die Hormoninformation ins Innere der Zelle.
- Aglanduläre Hormone werden in speziellen Geweben produziert und kommen dort direkt zur Anwendung. So z.B. das Gewebshormon Gastrin, welches im Magen entsteht und dort wirkt.
- Zu den neurosekretorischen Hormonen gehören die Neurotransmitter Adrenalin und Noradrenalin.
- Als Mediatoren werden Botenstoffe bezeichnet, die nicht ins Blut abgegeben werden, sondern unmittelbar auf Nachbarzellen wirken. Beispiele sind die Interleukine des Immunsystems.
Hormonelle Wirkungsmechanismen werden bezeichnet als:
- autokrin: Hormon wirkt auf synthetisierende Zelle bzw. Nachbarzelle
- parakrin: Hormon wirkt mittels Diffusion; Nachbarzelle als Ziel (Target)
- endokrin: klassische Hormonwirkung; Blut als Transportstrom von synthetisierender Drüse zum Zielorgan
Hormone können an den unterschiedlichsten Stellen im menschlichen Körper gebildet werden. Die Aufgabe des endokrinen Systems ist die Sicherung der Homöostase des Organismus über die Ausschüttung von Hormonen. Die aus endokrinen Drüsen oder Zellansammlungen ausgeschütteten, glandulären oder neurosekretorischen Hormone regulieren z. B. Ein Steuerkreis mit direktem oder indirektem negativen Feedbackmechanismus regelt die Ausschüttung der Hormone in den Blutkreislauf. Dort wirken sie entweder ubiquitär oder gerichtet und rezeptorvermittelt auf zellulärer Ebene als Botenstoffe.
Wichtige Signalwege im Detail
Der Wnt Signalweg
Der Wnt Signalweg ist ein Schlüsselmechanismus in der Biologie, der eine entscheidende Rolle bei der Regulation von Zellprozessen wie Wachstum, Entwicklung und Differenzierung spielt. Dieser Signalweg ist in zahlreichen Organismen von Fruchtfliegen bis hin zum Menschen konserviert und beeinflusst sowohl die normale Entwicklung als auch die Entstehung von Krankheiten.
Der Wnt Signalweg umfasst eine Gruppe von Protein-Signalwegen, die durch Wnt-Proteine aktiviert werden. Diese Proteine binden an Rezeptoren der Frizzled-Familie auf der Zelloberfläche und lösen eine Kaskade von intrazellulären Ereignissen aus, die die Genexpression in der Zelle beeinflussen. Es gibt zwei Hauptarten des Wnt Signalwegs: den kanonischen und den nicht-kanonischen Weg. Beide spielen eine wichtige Rolle in der Entwicklung und Funktion von Zellen und Geweben.
- Kanonischer Wnt Signalweg: Bezieht sich auf den Pathway, der die Zell-zu-Zell-Kommunikation über Beta-Catenin steuert.
- Nicht-kanonischer Wnt Signalweg: Umfasst Wege, die unabhängig von Beta-Catenin agieren und verschiedene andere Zellfunktionen regulieren.
Der Wnt Signalweg spielt eine zentrale Rolle bei der Steuerung der Zellproliferation und -differenzierung, was ihn zu einem wesentlichen Element bei der Entwicklung von Geweben und Organen macht. Durch die Aktivierung des kanonischen Wnt Signalwegs können Zellen teilen und differenzieren, was für die Embryonalentwicklung und die Regeneration von Geweben unerlässlich ist. Der nicht-kanonische Weg hingegen ist an der Organisation des Zytoskeletts, der Zellbewegung und der Steuerung der Zellpolarität beteiligt.
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Störungen im Wnt Signalweg können zu einer Reihe von Krankheiten führen, darunter Krebs, Knochenkrankheiten und neurodegenerative Störungen. Eine Überaktivierung des kanonischen Wnt Signalwegs wird häufig bei verschiedenen Krebsarten beobachtet, was zu einem unkontrollierten Zellwachstum führt. Andererseits können Defekte in diesem Signalweg Entwicklungsstörungen und Krankheiten wie Osteoporose verursachen, die durch eine beeinträchtigte Knochenbildung und -dichte gekennzeichnet sind.
Der JAK-STAT Signalweg
Der JAK-STAT Signalweg ist ein fundamentaler Mechanismus, durch den Zellen auf eine Vielzahl von Signalen aus ihrer Umgebung reagieren können. Dieser Signalweg überträgt Signale von Zelloberflächenrezeptoren ins Zellinnere, um Genexpression zu steuern. Er spielt eine entscheidende Rolle in der Regulierung von Immunreaktionen, Zellwachstum, Entwicklung und Tod.
Im Kern des JAK-STAT Signalwegs steht die Interaktion zwischen Januskinasen (JAKs) und Signaltransduktoren und Aktivatoren der Transkription (STATs). Wenn ein Signalmolekül, wie ein Zytokin oder Wachstumsfaktor, an seinen spezifischen Rezeptor auf der Zellmembran bindet, werden JAKs aktiv und phosphorylieren die Rezeptoren. Dieser Schritt ermöglicht es STAT-Proteinen, sich an den Rezeptor zu binden, phosphoryliert zu werden, und dann in den Kern zu translozieren, wo sie die Genexpression beeinflussen.
- Januskinasen (JAKs): Sind eine Familie von nicht-rezeptor Tyrosinkinasen, die eine Schlüsselrolle bei der Signalübertragung der Zelle spielen.
- Signaltransduktoren und Aktivatoren der Transkription (STATs): Sind Transkriptionsfaktoren, die in den Kern translozieren, um die Expression bestimmter Gene zu induzieren oder zu reprimieren.
Der JAK-STAT Signalweg ist entscheidend für die Vermittlung von Antworten auf eine Vielzahl extrazellulärer Signale. Er ist beteiligt bei der Regulierung verschiedener biologischer Prozesse wie Zellwachstum, Differenzierung, Apoptose und immunologische Funktion. Eine Dysregulation dieses Signalwegs kann zu einer Vielzahl von Krankheiten führen, darunter Krebs, Entzündungs- und Autoimmunkrankheiten sowie Blutkrankheiten.
Aufgrund seiner zentralen Rolle bei der Weiterleitung von Signalen von Zytokinen und Wachstumsfaktoren spielt der JAK-STAT Signalweg eine Schlüsselrolle bei Immunreaktionen. Er ermöglicht Immunzellen, auf Infektionen und Entzündungen schnell zu reagieren, indem er die Expression von Genen steuert, die für die Immunantwort wichtig sind.
Weitere wichtige Signalwege
Neben den bereits besprochenen Signalwegen sind in der Zellbiologie weitere wichtige Signalwege von entscheidender Bedeutung.
Der Notch Signalweg: Ist ein evolutionär konservierter Signalweg, der eine wesentliche Rolle in der Zellkommunikation spielt. Speziell ist er an der Regulierung der Zelldifferenzierung, dem Zellwachstum und der Apoptose beteiligt. Er spielt eine zentrale Rolle in der Entwicklung vieler Gewebe und Organe. Der Notch Signalweg bezieht sich auf die Signalübertragung, die initiiert wird, wenn ein Notch-Ligand einer benachbarten Zelle an den Notch-Rezeptor einer anderen Zelle bindet. Diese Interaktion führt zu einer Kaskade von Prozessen, die die Expression bestimmter Gene in der Zelle beeinflussen.
Der MAPK Signalweg: Ist an der Übertragung von Signalen von der Zelloberfläche zum Kern beteiligt. Dieser Weg ist essentiell für die Reaktion der Zelle auf eine Vielzahl von Stimuli, einschließlich Stress, Wachstumsfaktoren und Zytokinen. Der MAPK Signalweg beinhaltet eine Kette von Proteinkinasen, die aktiviert werden und schließlich zur Aktivierung von Genen im Zellkern führen, was die Zellproliferation, Differenzierung und das Überlebens reguliert.
Der mTOR Signalweg: Spielt eine zentrale Rolle bei der Regulierung des Zellwachstums und der Zellproliferation. Er reagiert auf Nährstoffverfügbarkeit, Wachstumsfaktoren und Energiestatus der Zelle. Der mTOR Signalweg kontrolliert wichtige zelluläre Prozesse, die an der Zellgröße und an der Biogenese von Organellen beteiligt sind. mTOR interagiert mit verschiedenen Proteinen und Komplexen, um das Zellwachstum und die Proteinsynthese zu regulieren.
Der Ras Signalweg: Spielt eine herausragende Rolle in der Zellbiologie, insbesondere im Kontext der Krebsforschung. Mutationen in den Ras-Genen sind eine häufige Ursache für die Entwicklung von Krebs, indem sie zu einem unkontrollierten Zellwachstum führen. Der Ras Signalweg ist an der Übermittlung von Signalen beteiligt, die für das Zellwachstum, die Zelldifferenzierung und die Überlebensfähigkeit der Zelle verantwortlich sind.
Hormone des Hypothalamus
Diese Liberine und Statine wie TRH (Thyreoliberin), CRH (Corticoliberin), GnRH (Gonadoliberin), GHRH (Somatoliberin), SST (Somatostatin), aber auch Vasopressin, Oxytocin, Noradrenalin, Histamin, Neuropeptid Y, Substanz P u.a. werden in unterschiedlichen Neuronen bzw. Kerngebieten gebildet, beeinflussen sich gegenseitig und zahlreiche postsynaptische Rezeptoren (nicht nur in der Hypophyse). Sie steuern das Wachstum, die Fortpflanzung und den täglichen Biorhythmus je nach Einfluss durch das limbische System, die Epiphyse u.a. Sie reagieren auf Stress-Reize aus der inneren und äußeren Umwelt.
So wird TRH z.B. durch Noradrenalin aktiviert, durch Dopamin, Endorphine und Somatostatin gehemmt und beeinflusst die Thermoregulation und den Sympathikotonus direkt. GnRH regelt pulsativ sexuelle Reifung bzw. Pubertät, Menstruation und Klimakterium, wird durch Estrogen, GABA, Substanz P, Neuropeptid Y, Endorphin, CRH und Dopamin negativ beeinflusst. CRH ist als primärer Regulator der Stressantwort auch im limbischen System, sympathischen Zentren des Hirnstamms einschließlich locus coeruleus und Rückenmark aktiv. Es arbeitet zu 80% synchron mit Arginin-Vasopressin (AVP) zusammen, setzt ACTH, MSH, Oxytocin und Endorphine frei bzw. steuert auch die Freisetzung der Katecholamine (v.a. Noradrenalin), Acetylcholin, Serotonin sowie die durch Stress freigesetzten Mediatoren IL1β und TNFα. Es wird durch ACTH, Kortikoide und GABA gehemmt. Die Mediatoren Histamin, Neuropeptid Y und Substanz P sind für reaktive Wirkungen wie gesteigertes Hungergefühl und Muskelhypertonus verantwortlich (z.B. bei Schmerz).
Hormone der Adenophyphyse bzw. Hypophysenvorderlappen (HVL)
Die bekannten releasing Hormone TSH (Thyreotropin), GH (Somatotropin), FSH, LH, CG und Prolaktin (Gonadotropine) wirken pulsativ, wobei die Biorhythmen unterschiedliche Frequenzmuster bzw. Zyklen aufweisen und dem Einfluss durch Kortex, Subkortex (limbisches System) und Hypothalamus unterliegen. POMC ist als Pro-Opio-Melano-Cortin für die Bildung von ACTH, Endorphin, MSH u.a. verantwortlich. Zellspezifische Konvertasen entscheiden über die Spezifität.
ACTH (Adrenocortin oder Corticotropin)
Das von CRH und kortikoiden Hormen beeinflusste ACTH ist ein POMC-Derivat und der Effektor der hypothalamisch-pituitär-adrenalen bzw. HPA-Achse. Es stimuliert Gluco- und Mineralocorticoide, Sexualhormone einschl. Pregnenolon sowie die Phenylethanolamin-N-Methyl-Transferase (PNMT) und damit nochmals die Adrenalin-Synthese. Es hat einen zirkadianen Tages-Rhythmus, wirkt nur bei intakter Nebennierenrinde (NNR) und verbraucht dort Cholesterin und Ascorbinat für die Kortikoid-Synthese. Bei Mangel atrophiert die NNR (Nebenrindeninsuffizienz) bei intakter Aldosteron-Produktion. Hier kommt es zur Hyperkaliämie und Hyponatriämie. Beim Morbus Addison und dem Mangel an Aldosteron kommt es zusätzlich zur Schwäche, Orthostase-Neigung, Tachycardie, Durchfall-Neigung, Hypoglycämie und Oligurie, was mit einem generalisierten Adaptationssyndrom (GAS) nach Selye oder Erschöpfungs- bzw. Müdigkeitssyndrom (franz.: fatigue, engl.: burn out, lat.: Mitochondriopathie) zu vergleichen ist. Die Gabe von Kortisol reicht da nicht aus, sondern muss je nach Labor durch ACTH (z.B. Synacthen(R)), Aldosteron (z.B. d-Aldosteron (R)) u.a. Sexualhormone (z.B. Progesteron, Estrogene und Testosteron) bzw. Potenzen ersetzt bzw. ergänzt und ein adrenal fatigue (s.u.) ausgeschlossen werden. Nach Riedweg sind adjuvant Komplexhomöopathika empfehlenswert.
Hormone der Neurohypophyse bzw. Hypophysenhinterlappen (HHL)
ADH (Antidiurin) bzw. AVP (Arginin-Vasopressin)
ADH wird eigentlich im Hypothalamus synthetisiert, in der Hypophyse gespeichert und stimuliert über V1-Rezeptoren v.a die Gefäße der Haut und Skelettmuskulatur (in größeren Dosen), über V2-Rezeptoren in der Niere den Wasser- und Salzhaushalt sowie über V3-Rezeptoren im HVL zusammen mit CRH ACTH. Ein feedback (v.a. durch Angiotensin II, aber auch durch Nikotin, Alkohol und Koffein) erfolgt über zahlreiche Dehnungs- und Osmorezeptoren in Niere, Lunge und Gefäßen.
Oxytocin
OXT ist ein weiteres bedeutendes Hormon, der Gegenspieler von AVP bzw. Vasopressin und wird als Empathie- oder Kuschelhormon bezeichnet. Es wird auch im Hypothalamus gebildet, im HHL gespeichert und bei der Geburt nach Eintritt der Fruchtblase in den Muttermund, beim Stillen, bei Ejakulation und weiblichem Orgasmus, durch Hautkontakt, Massage und Wärme ausgeschüttet und spielt als Neuro-Transmitter eine wichtige Rolle bei Stress, Libido und sozialer Kommunikation. Unklar ist die Verteilung der Rezeptoren (es gibt die Gen-Varianten A und G) v.a. in ZNS, Herz und Nieren, welche wahrscheinlich schon unter dem Geburtsstress (verzögerte Geburt, „Wehentröpfe“ o.ä.) beeinflusst wird. V.a. bei emotionalen Störungen (u.a. Alexithymie) wird ein Gen-Polymorphismus und damit Störung in der Interaktion spezieller Neurone gesehen. Klinghardt und Zappe empfehlen bei Erkrankungen wie Autismus, ADHS, Borreliose u.a. Überlastungen durch E-Smog und Schwermetalle für beide o.g. Hormone eine langfristige Potenz/Nosoden-Therapie.
Hormone des Stoffwechsels und Verdauungssystems
Neben Glukagon (fördert nach Bindung am Rezeptor über G-Protein die Gluconeogenese), Leptin (ähnelt dem Wachstumshormon und wird aus Fettzellen beim Hunger als Gegenspieler von Neuropeptid Y sezerniert), Ghrelin (fördert Wachstumshormon bei Hunger und unvollständiger Magendehnung), gastrin releasing peptide (GRP) und Gastrin (stimulieren Salzsäure), gastric inhibiting peptide (GIP) als deren Gegenspieler, Cholezystokinin (stimuliert Pankreasenzyme und Muskulatur der Gallenblase), Sekretin und pankreatisches Polypeptid (hemmen Gastrin u.a. Enzyme sowie Darmkontraktion) sowie vasoaktives intestinales Peptid (VIP) ist das Insulin das bekannteste. Über dessen Störung bzw. Mangel, was zum Diabetes mellitus führt, ist ausreichend Literatur vorhanden.
Hormone des Knochen-, Nieren- und Herzkreislaufsystems
Kalzitonin bzw. Calcitonin aus den C-Zellen der Schilddrüse ist chemisch verwandt mit in ZNS gebildetem calcitonin gen related peptide bzw. CGRP (gleiches Gen bzw. Chromosom 11 bzw. mRNA), jedoch nicht zu verwechseln. Es führt zur Hemmung des Knochenabbaus durch Senkung des Kalzium-Spiegels als Gegenspieler zu Parathormon, welches in Epithelkörperchen bzw. Nebenschilddrüse produziert wird und über Kalzium-sensitive Rezeptoren (CASR) dessen Spiegel überwacht. Es steigt bei Kalzium-Mangel (und umgekehrt) und aktiviert den Einbau von Rezeptor-Aktivatoren wie RANK in Osteoblasten und damit die vermehrte Umbildung zu Osteoklasten. Weiterhin wird im proximalen Tubulus der Niere die Rückresorption von Phosphat aus dem Primärharn gehemmt, im distalen Tubulus der Niere Kalzium vermehrt rückresorbiert und die Bildung von Calcitriol, dem aktivem 1,25-OH Vitamin D3, durch 1α-Hydroxylase bzw. Cytochrom p450 27B1 (CYPB27B1) aus inaktivem 25-OH Vitamin D3 der Leber gefördert. Das Angiotensin/Renin-System funktioniert mit eigenem konvertierendem Enzym (ACE) über Angiotensin I zu II und reguliert die Osmolarität (Salzgehalt) durch die Förderung der Aldosteron-Sekretion aus der NNR. Hier sind Leber-, Nerven- und Lungenzellen beteiligt.
Aminosäure-Derivate
Melatonin
Das 5-Methoxy-N-Acetyl-Tryptamin ist als Indol-Derivat ein biogenes Amin und Neurotransmitter. Es wird in den Pinealozyten der Epiphyse bzw. Zirbeldrüse (glandula pinealis) und der Retina aus Serotonin synthetisiert. Dieses wird mit Acetyl-Coenzym A hydrolysiert und decarboxyliert, dann durch das Noradrenalin-abhängiges Schrittmacher-Enzym Aryl-Alkyl-Amin-N-Acetyl-Transferase (AANAT) acetyliert. Das Produkt N-Acetylserotonin wird dann mit S-Adenosyl-Methionin (SAM) durch den Katalysator Hydroxy-Indol-O-Methyl-Transferase (HIOMT) methyliert, was fast ausschließlich nachts passiert. Melatonin wirkt über G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR) wahrscheinlich in jeder Zellmembran bei der Temperaturregulation, Durchblutungsregulation, Pubertät und Immunregulation. CD-4-Lymphozyten produzieren unter Melatonineinfluss mehr IL 4, einem immunregulierendem Interleukin der T-Helfer-zellen. Es wirkt antioxidativer als Glutathion und Tocopherole. Schrittmacher-Zellen im Ncl. suprachiasmaticus des Hypothalamus fördern, Tageslicht sowie Katecholamine hemmen die Synthese u.a. über β-adrenerge Rezeptoren. Diese größten Störungen finden sich bei Serotonin-Mangel, Zink-Mangel, Magnesium-Mangel und Mangel an Vitamin B6, Jetlag, Schichtarbeit u.a. Störungen des Schlaf-Wach-Rhythmus (so genanntes Schichtarbeitersyndrom) sowie bei Mangel an Sonnenlicht u.a. als seasonal affective disorder (SAD) bzw. “Winterblues”. Melatonin wird immer häufiger in der Schmerzmedizin in Kombination mit Procain-Infusionen erfolgreich angewendet.
Serotonin
Das 5-Hydroxy-Tryptamin (5-HT) oder Enteramin ist auch ein biogenes Amin und Neurotransmitter. Die Vorstufe 5-Hydroxy-Tryptophan (5-HTP) kommt in griffonia simplicifolia, einer afrikanischen Lianenart sowie in Walnüssen (über 300 µg/g bzw. 30mg/100g), aber auch Kochbananen, Ananas, Bananen, Kiwis, Pflaumen, Tomaten und Kakao (>1 µg/g) vor. Es ist die Vorstufe für o.g. Melatonin und wird in argent- und (entero)chromaffinen Zellen des Darms (früher APUD- heute diffuses neuroendokrines (DNES) System in Mucosa), aber auch Lunge und Milz aus Tryptophan unter Beteiligung vom Schrittmacher-Enzym Tryptophan-Hydroxylase (Typ TPH1 und TPH2) und der aromatischen L-Amino-Decarboxylase zu 1-10% gebildet. Parallel entstehen andere Proteine und Kynurenine. Als Zwischenprodukt der Serotonin-Synthese entsteht die nicht-proteinogene Aminosäure 5-Hydroxy-Tryptophan (5-HTP), welche decarboxyliert wird. Da die Darmwand nur für 1% des oral aufgenommenen Tryptophans und ca. 70% des 5-HTP durchlässig ist, wird im ZNS auch Serotonin synthetisiert (in serotoninergen Zellen von Hypothalamus, Mittelhirn sowie Raphé-Kern).
Neben der Melatonin-Produktion wirkt Serotonin über 14 verschiedene serotonerge Rezeptoren in 7 Gruppen (5-HT1 bis 7), wobei nur 5-HT3 ein Ionenkanal und alle anderen G-Protein-gekoppelte-Rezeptoren (GPCR) sind (5-HT1 cAMP-Modulation, 5-HT2 Inositol-Phosphat (IP) und DAG, 5-HT4-7 cAMP-Anstieg). Es regelt den Tonus der Gefäße (in Lunge, Niere bzw. über glatte Muskulatur eher verengend, sonst Skelettmuskulatur eher erweiternd) und des Gastro-Intestinal-Traktes (hier Speicher von 90% v.a. in Thrombozyten und Mastzellen) mit Förderung der Peristaltik, aber auch über direkte Reizung des Vagus Übelkeit und Erbrechen. Als Neuro-Transmitter im ZNS und absteigendem Hemmsystem wirkt Serotonin antidepressiv, beruhigend, appetitzügelnd und schlafregulierend, aber auch dysregulativ bei Schmerz (erzeugt Schmerz bei Freisetzung am verletzten Nerv). Je nach o.g. Rezeptor-Typ bzw. zellulärer Verteilung, individueller Freisetzung, Transport, Rezeptorbindung, Abbau und Reaktion, also verschiedene Signaltransduktionswege sind klinisch verschiedene Reaktionen an der glatten Muskulatur (durch Bezold-Jarisch-Reflex) sowie Nerven bekannt.
Ein Überschuss entsteht durch durch Medikamente wie MAO-Hemmer und Serotonin-Wiederaufnahme-Hemmer (SSRI) und neuroendokrine Tumore wie Karzinoid (vegetative Symptome wie Flush, Migräne, neurologische Symptome wie Unruhe, Angst, Halluzinationen, Anfälle sowie muskuläre Symptome wie Tremor, Krämpfe und gesteigerte Reflexe in der Literatur beschrieben).
Ein Defizit durch Mangel an Tryptophan (relativ selten) sowie verstärkten Abbau durch die Tryptophan- 2,3- Dioxygenase (TDO und die Indolamin-2,3-Dioxygenase (IDO) aufgrund von TNFα, IL 1, 6 sowie INFy (relativ häufig) bei akuten, chronisch und latenten Infektionen (silent inflammation) führt zu vermehrter Bildung von Kynureninen, wobei die TDO Sauerstoff- und die IDO Superoxid-Anionen zur Oxidation nutzen. Der weitere Umbau zur neuroprotektiven Kynureninsäure und entzündungsfördernden Quinolinsäure wird durch die Kynurenin-3-Mono-Oxygenas (KMO), welche Vitamin B2-abhägig ist und die Kynurenin-Amino-Transferase (KAT), welche Vitamin B6-anhängig ist, „geteilt“. Diese „neurogenen“ Entzündungen können teilweise Müdigkeits-, Erschöpfungs- bzw. Chronic Fatigue Syndrom (CFS), Appetitsstörungen, Aufmerksamkeits-Defizit-(Hyperaktivitäts)-Syndrome, chronischer Schmerz, Fibromyalgie und Reizdarm erklären.