06.10.2004 · Zwei israelische und ein amerikanischer Forscher erhalten den Nobelpreis für Erkenntnisse über den Abbau nicht mehr benötigter Eiweiße im Körper. Ihre Arbeit gibt Hoffnung im Kampf gegen Mukoviszidose und Krebs.
Von Reinhard Wandtner
© FAZ.NET/AP
Die neuen Preisträger: Ciechanover (oben), Hershko (li.), Rose
Leben ist mit der Produktion von Müll verbunden. Selbst im kleinsten Haushalt entsteht lästiger Abfall. Zum Glück gibt es die Müllabfuhr, die dafür sorgt, daß dieser nicht in der Wohnung gehortet werden muß. Denn bald könnte man sonst nicht mehr dort leben. Was für den Haushalt gilt, trifft auch auf die Zelle zu. Sie soll ebenfalls nicht im Müll ersticken - und von diesem fällt infolge des Stoffwechsels mehr als genug an. Einen großen Posten stellen Proteine dar, die fehlerhaft sind oder nicht mehr benötigt werden. Wie dieser zelluläre Eiweißmüll an Ort und Stelle entsorgt wird, ist durch bahnbrechende Untersuchungen von Aaron Ciechanover, Avram Hershko und Irwin Rose weitgehend aufgeklärt worden. Die drei Wissenschaftler erhalten für ihre Leistungen den diesjährigen Nobelpreis für Chemie.
Während Forscher mit großem Ehrgeiz der Frage nachgegangen sind, wie Proteine hergestellt werden, weckte der umgekehrte Vorgang - der Abbau der Proteine - lange Zeit wenig Interesse. Immerhin machte man schon in den fünfziger Jahren die Beobachtung, daß es zwei grundlegende Formen von Eiweißabbau gibt. Einmal wird, wie bei der Eiweißverdauung im Darm oder der Proteinzersetzung in den sogenannten Lysosomen der Zelle, keine Energie benötigt. Ein andermal läuft der Eiweißabbau nur unter Energiezufuhr. Diese zweite Form, die zunächst in Leberzellen entdeckt wurde, stellte die Forscher zunächst vor ein Rätsel.
Elegante Experimente
Erst in den späten siebziger Jahren und Anfang der achtziger Jahre sind Ciechanover, Hershko und Rose in eleganten Experimenten dem Geheimnis auf die Spur gekommen. Ihnen gelang der Nachweis, daß die zum Abbau vorgesehenen Proteine zunächst markiert werden - ähnlich wie das der Förster mit den zu fällenden Bäumen macht. Allerdings verwendet die Zelle dazu keine Farbe, sondern kleine Proteinmoleküle, denen die Forscher den Namen APF-1 gaben. Später wurde klar, daß es sich hierbei um Ubiquitin handelt, ein schon Jahre zuvor isoliertes Protein. Dessen Bezeichnung rührt daher, daß es in der belebten Natur weit verbreitet ist, praktisch ubiquitär vorkommt.
Die durch angehängte Ubiquitin-Moleküle gekennzeichneten Eiweiße sind zum Untergang verurteilt. Sie werden zu den zellulären Müllentsorgungsanlagen, den Proteasomen, geleitet. Eine Zelle des Menschen enthält schätzungsweise 30 000 davon. Angetrieben von Adenosin-Triphosphat, dem universellen biologischen Treibstoff, zerlegen die Proteasomen das angelieferte Eiweiß. Die Kennzeichnung eines Proteins mit Ubiquitin ist sozusagen ein Todeskuß, der das Schicksal des betreffenden Eiweißes besiegelt. Der Vorgang muß also streng überwacht werden. Ciechanover, Hershko und Rose identifizierten drei Enzyme, die für das Anheften des Ubiquitins sorgen. Eine Säugerzelle enthält von der ersten Sorte allenfalls einige wenige Ausführungen und von der zweiten Sorte einige Dutzend. Das dritte Enzym indessen kommt in mehreren hundert Varianten vor. Ihm obliegt letztlich die Entscheidung über das Schicksal eines Proteins.
Gegen unerwünschte Proteine
Der durch Ubiquitin gesteuerte Eiweißabbau spielt bei vielen zellulären Vorgängen eine maßgebliche Rolle. Störungen führen leicht zu Krankheiten. Bis zu dreißig Prozent aller neugebildeten Proteine werden gleich wieder entsorgt, weil sie den strengen Qualitätsanforderungen der Zelle nicht genügen. Auch bei der Trennung der Chromosomen während der Zellteilung müssen Proteine eliminiert werden, soll es nicht zu Fehlern kommen, die beispielsweise zu einem Down-Syndrom führen könnten. Werden Proteine nicht ordnungsgemäß markiert und entsorgt, entartet die Zelle möglicherweise, und es kommt zu Krebs. Ebenfalls wichtig ist das Ubiquitin-System für die Immunabwehr. Nun hofft man, Medikamente entwickeln zu können, die unerwünschte und krank machende Proteine in der Zelle gezielt zerstören.
Aaron Ciechanover, Jahrgang 1947, studierte an der Hebräischen Universität in Jerusalem und wurde 1981 am Technion in Haifa promoviert. Heute lehrt und forscht er an diesem Institut als Professor. Im Jahr 2000 erhielt er zusammen mit Avram Hershko den Lasker-Preis. Hershko, 1937 in Ungarn geboren, studierte ebenfalls an der Hebräischen Universität Jerusalem. Seit 1980 ist er Professor am Technion. Irwin Rose, geboren 1926, hat eine Professur an der University of California in Irvine inne.
