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Medizin-Nobelpreis 2013 : Gegen das Chaos in den Zellen

  • -Aktualisiert am

Schematische Darstellung des Transportsystems, für dessen Erforschung der diesjährige Medizin-Nobelpreis verliehen wurde Bild: dpa

Ohne ein organisiertes Transportsystem schlittern die Zellen des Körpers in die Katastrophe: Die Medizin-Nobelpreisträger Thomas Südhof, James Rothman und Randy Schekman zeigten, wie dieses System kontrolliert wird.

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          Der diesjährige Nobelpreis für Medizin geht an die beiden Amerikaner James E. Rothman und Randy W. Schekman sowie an den aus Göttingen stammenden Thomas C. Südhof, der heute an der Stanford University forscht. Die drei Wissenschaftler haben gezeigt, wie die Zelle ihre Transporte organisiert. Die Zelle muss wie jeder Leiter einer gut organisierten Fabrik dafür sorgen, dass alle nötigen Werkstoffe und Substanzen zur rechten Zeit am rechten Ort ankommen. Die Zellen können sich bei dieser Zuteilung keine Fehler leisten, weil sie sonst den reibungslosen Ablauf des Zellstoffwechsels und die Zusammenarbeit untereinander gefährden.

          Thomas Südhof
          Thomas Südhof : Bild: Reuters

          Gerade bei den Proteinen, die nach außen abgegeben werden, müssen Ort und Zeit präzise stimmen. Wenn Hormone, Botenstoffe und Neurotransmitter zu früh oder zu spät oder an der falschen Stelle abgeladen werden, geraten so wichtige Prozessen wie die Immunabwehr oder die Reizweiterleitung im Nervensystem außer Kontrolle. Ohne ein gerichtetes und engmaschig kontrolliertes Transportsystem würde die Zelle im Chaos versinken. Die diesjährigen Nobelpreisträger haben gezeigt, wie das System funktioniert und wie es kontrolliert wird. Transportiert werden die Proteine in speziellen Bläschen, die als Transportvesikel bezeichnet werden. Randy Schekman hat die Gene identifiziert, die für den Aufbau des Transportsystems notwendig sind. James Rothmann hat gezeigt, wie die mit Proteinen beladenen Bläschen die richtige Stelle für das Abladen ihrer Fracht an der Zellmembran finden. Thomas Südhof hat nachgewiesen, dass die Fracht erst auf ein spezielles Signal hin freigesetzt wird. Das Andocken an die Zellmembran alleine genügt nicht.

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          Randy Schekman hat nach den Genen in der Bäckerhefe gesucht. Er erzeugte Mutanten, bei denen einzelne Schritte des Transportprozesses defekt waren. Wie bei einem schlecht organisierten Verkehrssystem stauten sich die beladenen Vesikel zuhauf in der Zelle. Die Bläschen waren unter dem Einfluss dieser Mutationen nicht mehr in der Lage, ihren korrekten Bestimmungsort finden. Schekman hat durch diese Analyse wichtige Details des Transportsystems aufgeklärt.

          Proteine bilden einen Reißverschluss

          James Rothman hat nicht mit der einzelligen Bäckerhefe gearbeitet, sondern mit den wesentlich komplizierteren Zellen der Säugetiere. Er konnte zeigen, dass die Transportvesikel ihren Bestimmungsort über die Erkennung zueinander passender Proteine finden. Die Vesikel tragen ein Protein auf der Oberfläche, das nur zu dem Eiweiß passt, mit dem der Bestimmungsort markiert ist. Die beiden Proteine greifen wie die Teile eines Reißverschlusses ineinander. Nur wenn die eine Seite des Reißverschlusses zur anderen Seite passt, hat das Transportbläschen die richtige Andockstelle gefunden. In der Zelle gibt es verschiedene zueinanderpassende Kombinationen. Sie bestimmen was wohin transportiert werden soll. Rothman war auf dieses Prinzip gestoßen, nachdem er festgestellt hatte, dass die passenden Kombinationen immer im gleichen Mengenverhältnis zueinanderstehen. Es stellte sich auch heraus, dass einige Gene, die Schekman bereits identifiziert hatte, zu denen von Rothman passten. Das Transportsystem hat sich während der Evolution offensichtlich kaum verändert und muss demnach sehr konserviert sein.

          Das Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin in Göttingen, dessen Direktor Thomas Südhof war
          Das Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin in Göttingen, dessen Direktor Thomas Südhof war : Bild: dpa

          Thomas Südhof hat untersucht, auf welches Signal hin Nervenzellen ihre Botenstoffe in den synaptischen Spalt abgeben, der sie von den nachfolgenden Nervenzellen trennt. Nervenzellen leiten die Impulse als elektrisches Signal weiter. An der Synapse muss dieses Signal in ein chemisches Signal umgewandelt und über den Spalt zur nächsten Nervenzelle transportiert werden. Bei diesem Prozess ist ein korrektes Zeitmanagement extrem wichtig. Südhof hat gezeigt, dass die Zelle das Signal für das Freisetzen der Neurotransmitter über den Einstrom von Calcium-Ionen erhält. Erst auf dieses Signal hin öffnet sich der Reißverschluss zwischen Vesikel und Membran und die Botenstoffe werden in den Spalt entlassen. Südhofs Entdeckung erklärt also die zeitliche Präzision des Transportsystems.

          Fehler beim Transport verursachen Krankheiten

          Die frisch gekürten Nobelpreisträger haben einen fundamentalen physiologischen Prozess entschlüsselt, denn Fehler beim Transport führen zu verschiedenen Erkrankungen. Beim Diabetes mellitus liefern die Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse das Insulin nicht mehr korrekt ab und auch der durch Insulin vermittelte Transport von Zucker in die Muskeln ist gestört. Es gibt auch verschiedene Erbkrankheiten mit fehlerhaften Transportproteinen, zum Beispiel eine seltene Form der Epilepsie oder eine seltene Entzündungskrankheit. Auch einige Bakteriengifte greifen das Transportsystem an, etwa das für den Wundstarrkrampf verantwortliche Tetanus-Toxin.

          Randy Schekman
          Randy Schekman : Bild: dpa

          Der 64 Jahre alte Randy Schekman wurde in St. Paul in Minnesota geboren, studierte Biochemie an der University of California in Los Angeles und der Stanford University. Er promovierte bei dem Nobelpreisträger Arthur Kornberg. Seit 1976 ist er Professor an der University of California in Berkeley. Der 62 Jahre alte James Rothman wurde in Haverhill, Massachusetts, geboren. Er studierte Biochemie an der Harvard University und arbeitete an verschiedenen renommierten Einrichtungen bevor er 2008 zur Yale University nach New Haven kam. Der 57 Jahre alte Thomas Südhof stammt aus Göttingen, wo er Medizin studierte und promovierte. Er wechselte 1983 an die Universität Texas in Dallas, wo er mit den Nobelpreisträgern Michael Brown und Joseph Goldstein zusammenarbeitete. Heute ist er Professor an der Stanford University.

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