Medizin-Nobelpreis 2009

Das Unsterblichkeitsenzym

Von Hildegard Kaulen

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Elisabeth Blackburn (links) und Carol Greider bei der Entgegennahme des Paul-Ehrlich-Preises 2009 in der Frankfurter Paulskirche.

Wie die Chromosomen ihre Enden während der Zellteilung instandhalten, ist eine Frage, die Forscher lange beschäftigt hat. Weil das Verdoppeln der DNA einen gewissen Platz in Anspruch nimmt, kann die Vorlage nicht bis zum letzten Ende kopiert werden. Die Chromosomen müssten eigentlich bei jeder Zellteilung kürzer werden, was sie aber normalerweise nicht tun. Es gibt also einen Mechanismus, der sie davor schützt, bei jeder Zellteilung einen Teil ihrer Erbinformation zu verlieren und ihr genetisches Programm nach und nach einzubüßen.

Wie dieser Schutzmechanismus funktioniert und wie er sich auf Prozesse wie Alterung und Erkrankung auswirkt, haben die drei Wissenschaftler herausgefunden, die jetzt mit dem Nobelpreis für Medizin geehrt wurden. Elisabeth H. Blackburn von der Universität Kalifornien in San Francisco und Jack W. Szostak vom Massachusetts General Bospital in Bosten entdeckten, dass die Erbgutfäden ihre Enden mit einer Kappe aus sich wiederholenden Sequenzen von unterschiedlicher Länge schützen. Sie prägten dafür den Begriff Telomere. Carol W. Greider von der Johns Hopkins School of Medicine in Baltimore identifizierte ein Enzym, dass diese Enden immer wieder auffüllt. Es erhielt den Namen Telomerase.

Sequenzwiederholungen an den Chromosomenenden

Erhielt ebenfalls den Nobelpreis für Medizin: Jack Szostak

Weil das fortlaufende Auffüllen der Enden verhindert, dass die Zellen altern, hat die Entdeckung dieses Mechanismus die Fantasie der Forschung beflügelt. Die Kappen und das Enzym werden deshalb immer wieder mit der Idee von der ewigen Jugend und einem Leben in Unsterblichkeit in Zusammenhang gebracht. Wegen der enormen Bedeutung ihrer Entdeckung sind die drei Wissenschaftler schon mit vielen anderen Preisen ausgezeichnet worden. Vor drei Jahren erhielten sie den angesehenen Albert Lasker Preis, der als Sprungbrett für den Nobelpreis gilt. Blackburn und Greiner haben Anfang diesen Jahres auch den höchstdotierten deutschen Wissenschaftspreis bekommen, den Paul-Ehrlich und Ludwig Darmstaedter-Preis.

Der ersten Impuls für diese bahnbrechenden Entdeckungen stammten von Blackburn. Sie hatte Anfang der Achtziger Jahre zeigen können, dass es kurzen Sequenzwiederholungen am Ende der Chromosomen gibt. Jack Szotack hatte zur gleichen Zeit herausgefunden, dass in Hefen einschleuste Chromosomen dort nicht überlebten, sondern sofort abgebaut wurden. Sie konnten sich nur dann in den Hefen verdoppeln, wenn ihre Enden mit den von Blackburn entdeckten Sequenzen beladen worden waren.

Weil die Telomere aus Wimperntierchen stammten, die Verdoppelung der Chromosomen aber in Hefen möglich war, konnte der Schutzmechanismus nicht auf ein einziges Lebewesen beschränkt sein. Es musste ein allgemeingültiges Prinzip sein, was sich später auch bestätigte. Heute weiß man, dass die von Blackburn entdeckten Sequenzen wie Schutzhüllen am Ende eines Schnürsenkel funktionieren. Gehen sie verloren, fransen die Enden aus. Unterschreiten sie eine kritische Länge, so verdoppeln sich die Chromosomen nicht mehr, sondern signalisieren der Zelle, dass es an der Zeit ist, den Zelltod anzutreten. Allerdings ist die Telomerlänge kein direktes Maß für das Alter oder die Lebenserwartung der Zelle. Carol Greider, die als Doktorandin in Blackburns Labor arbeitete, entdeckte 1984 das dazugehörige Enzym. Die Telomerase besteht einem aus Protein und einer Botenribonukleinsäure. Das Eiweiß hängt die Sequenz an, die Botenribonukleinsäure dient als Blaupause für die Sequenz.

Telomerase in der Krebsforschung

Nachweisbare Mengen an Telomerase finden sich im menschlichen Körper nur in den Zellen, die sich dauerhaft neuern müssen, etwa in der Haut und der Schleimhaut sowie in den Keim- und Stammzellen. Weil sich die meisten anderen Zellen kaum teilen, nutzen sich auch ihre Ende nicht vorschnell ab. Sie haben deshalb kaum Telomerase. Hohe Konzentrationen findet man allerdings in Krebszellen und bei einigen genetischen Erkrankungen, etwa einer angeborenen Form von Blutkrebs.

Zellen mit viel Telomerase sind keiner normalen Alterung unterworfen. Daher ist das Enzym heute auch ein zentraler und wichtiger Angriffspunkt für neue Krebsmedikamente. Auch in Stammzellen ist die Konzentration nicht besonders hoch. Die Menge reicht aus, um den Organismus durch die Fortpflanzung zu bringen. Danach wird es kritisch, weil das Enzym knapp wird. Krankheiten haben ein leichteres Spiel, was erklärt, warum die Menschen eher in der zweiten Lebenshälfte mit Krankheiten konfrontiert werden.

Die Entdeckung der drei Preisträger ist also nicht nur für Krebs und Alterung von Bedeutung, sondern erklärt auch warum die Stammzellen mit der Zeit unter Druck kommen und den Körper nicht mehr in der gewohnten Weise erneuern.

Die Preisträger

Elizabeth H. Blackburn wurde 1948 in Tasmanien geboren. Sie besitzt die australische und amerikanische Staatsbürgerschaft. Sie studierte Biologie an der Universität Melbourne und promovierte an der Universität Cambridge in England. Seit 1990 ist sie Professorin für Biologie und Physiologie an der Universität Kalifornien in San Francisco.

Eingefärbte Telomere von Chromosomen

Carol W. Greider wurde 1961 in San Diego geboren. Sie studierte an den Universität Kalifornien in Santa Barbara und Berkeley, wo sie auch promovierte. Sie verbrachte einige Jahre am Cold Spring Harbor Laboratory bevor sie 1997 Professorin für Molekularbiologie und Genetik an der Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore wurde.

Jack W. Szotstack wurde 1952 in London geboren und wuchs in Kanada auf. Er besitzt die amerikanische Staatsbürgerschaft. Er studierte in Montreal und promovierte an der Cornell Universität. Seit 1979 ist er Professor an der Harvard Medical School, zu der das Massachusetts General Hospital gehört.

Text: FAZ.NET
Bildmaterial: AP, Archiv, dpa, Rainer Wohlfahrt, reuters

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