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Medizin-Nobelpreis 2017 : Wie ein Protein unsere innere Uhr steuert

  • Aktualisiert am

Medizin Nobelpreisträger 2017: Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young (v. l.n.r). Das Foto wurde 2013 auf einer Veranstaltung an der Universität Hong Kong aufgenommen. Bild: HANDOUT/EPA-EFE/REX/Shutterstock

Der Nobelpreis für Medizin und Physiologie geht ihn diesem Jahr an Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young. Die drei Amerikaner werden für die Erforschung der inneren Uhr geehrt.

          Jeffrey Hall, Michael Rosbash und Michael Young seien in der Lage gewesen, einen Blick ins Innere unserer biologischen Uhr zu werfen und ihre Funktionsweise zu beleuchten, lautet die Begründung der Nobelpreisjury in Stockholm. Die Entdeckungen der drei Wissenschaftler würden erklären, wie Pflanzen, Tiere und Menschen ihren biologischen Rhythmus so anpassen, dass er mit dem Tag-Nacht-Rhythmus der Erde übereinstimmt.

          Die drei amerikanischen Wissenschaftler haben in den frühen achtziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts bei Fruchtfliegen ein bestimmtes Gen (period)  isoliert, das den biologischen Tag-Nacht-Rhythmus steuert. Bereits in den siebziger Jahren gab es erste Vermutungen, dass bestimmte Gene für den Tag-Rhythmus in allen Lebewesen verantwortlich sind.  In Experimenten mit Fruchtfliegen gelang es tatsächlich, ein  solches Gen zu  identifizieren, das den Namen period erhielt.

          Doch wie schafft es period, den Tag-Nacht-Rhythmus der Taufliege zu beeinflussen? Hall (72) und Rosbash (73), beide arbeiteten an der Brandeis University in Boston, fanden heraus, dass period ein Protein (PER) auf biomolekularem Weg erzeugt, das sich in den Zellen bevorzugt nachts anreichert. Am Tag wird es wieder abgebaut. Die Konzentration des PER-Eiweißes schwankt im 24 Stunden-Rhythmus, synchron mit dem Tag-Nacht-Zyklus. Nun wollten die beiden Forscher verstehen, wie diese Tag-Nacht-Oszillation erzeugt und aufrechterhalten wird. Sie hatten den Verdacht, dass das Per-Protein selbst seine Produktion reguliert, in dem es die Aktivität des period-Gens steuert, also blockiert oder freigibt. Dazu müsste das Eiweißmolekül aber in den Zellkern gelangen - also dorthin, wo sich das Genmaterial befindet.  Doch wie sollte das gehen, wird PER doch außerhalb des Kerns im Zytoplasma produziert?

          Im Jahr 1994 lieferte Young (68), der an der Rockefeller University in New York forschte, die Lösung. Er entdeckte zunächst ein weiteres Uhren-Gen, timeless genannt. Es kodiert das sogenannte TIM-Protein. Young fand heraus, dass wenn sich TIM und PER verbinden, die beiden Proteine in das Innere des Zellkerns vordringen können, wo sie schließlich die Aktivität des period-Gens blockieren. Damit war der Rückkopplungsmechanismus aufgeklärt, der die zyklische Anreicherung des PER-Proteins erklärte.

          Doch was kontrolliert die Periodizität des Rhythmus, mit dem das PER-Protein produziert wird? Hierfür ist ein weiteres Gen - doubletime - zuständig, dass ebenfalls von Young identifiziert werden konnte. Es codiert das DBT-Protein, das die Anreicherung des PER-Proteins verzögert. Damit war der das biologische Prinzip der Inneren Uhr  weitgehend aufgeklärt.

          Dem Menschen wird dieser natürliche Tag-Nacht-Rhythmus am ehesten bewusst, wenn er aus dem Takt gerät, beispielsweise bei einem Jetlag und bei Schichtarbeit. Die innere Uhr ist unter anderem daran beteiligt, uns schläfrig werden zu lassen. Sie steuert zudem die Körpertemperatur mit.  

          Erkenntnisse über den Mechanismus lassen sich in der Medizin verwenden. So gibt es Überlegungen, sie etwa bei Therapien gegen Krebs zu nutzen, wie Henrik Bringmann vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie erklärt. „Wenn wir den Rhythmus der Zellteilung besser verstehen, könnten wir Medikamente gezielter einsetzen.“

          Die Nobel-Jury bezeichnet die Entdeckungen der Forscher als einen „Paradigmenwechsel“. „Die Erkenntnisse können ein Bewusstsein dafür schaffen, wie wichtig gute Schlafmuster sind“, sagte Jurymitglied Juleen Zierath. Deutlich werde auch, dass man den besten Schlaf in einer dunklen Umgebung bekommt.

          Auftakt der Nobelpreiswoche

          Der Medizinnobelpreis ging im vorigen Jahr an den Japaner Yoshinori Ohsumi. Er hatte die lebenswichtige Müllentsorgung in Körperzellen entschlüsselt. Geehrt wurden in der Vergangenheit auch die Erfinder des Penizillin und der künstlichen Befruchtung sowie die Entdecker der DNA-Struktur. Der Preis wird pro Kategorie an höchstens drei Forscher verliehen. Jeder der insgesamt sechs Nobelpreise ist mit neun Millionen schwedischen Kronen (rund 940.000 Euro) dotiert. Hall, Rosbash und Young teilen sich das Preisgeld zu gleichen Teilen.

          Seit 1901 haben 211 Menschen den Medizinnobelpreis erhalten, darunter zwölf Frauen. Der erste ging an den deutschen Bakteriologen Emil Adolf von Behring für die Entdeckung einer Therapie gegen Diphtherie. Mit dem Medizin-Preis startete der Nobelpreis-Reigen. Am Dienstag und Mittwoch werden die Träger des Physik- und des Chemie-Nobelpreises bekannt gegeben. Am Donnerstag folgt die Bekanntgabe des diesjährigen Nobelpreisträgers für Literatur und am Freitag folgt die Verlautbarung des  diesjährigen Friedensnobelpreisträgers.

          Am darauffolgenden Montag wird bekannt gegeben, wer den von der schwedischen Reichsbank gestifteten sogenannten Wirtschaftsnobelpreis erhält. Die feierliche Vergabe aller Auszeichnungen findet traditionsgemäß am 10. Dezember statt, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel.

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