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Biochemie : Rendezvous mit den Spürnasen

  • -Aktualisiert am

In einem neuen Licht: chemotaktische Vorgänge im Körper Bild: picture-alliance/ dpa/dpaweb

Mit Hilfe neuer Untersuchungstechniken sind Wissenschaftler den Möglichkeiten und Varianten der Chemotaxis auf der Spur. Das biologisch interessante Phänomen spielt für Krebserkrankungen eine ebenso große Rolle wie für den Akt der Befruchtung.

          Sich in die richtige Richtung zu bewegen kann eine Frage von Leben oder Tod sein. Schon die einfachsten Lebewesen wie Bakterien oder Amöben sind darauf angewiesen, sich auf eine Nahrungsquelle hinzubewegen, um zu überleben. Auch viele Zellen des menschlichen Körpers können ihre Aufgabe nur dann erfüllen, wenn sie zur rechten Zeit an den richtigen Ort gelangen.

          Während der Embryonalentwicklung werden Neurone und viele andere Zellen an den genau vorgesehenen Platz dirigiert, und auch die Nachkommen adulter Stammzellen werden auf den richtigen Weg gebracht, damit sie Gewebe regenerieren oder Wunden schließen können. Auch Abwehrzellen folgen Signalen, um zielsicher aus den Lymphbahnen zu einem entfernten Organ zu gelangen, dort Krankheitserreger einzufangen und wieder zurück in die Abwehrzentralen zu wandern.

          Biologisch interessantes Phänomen

          Zwar hat Julius Adler den als Chemotaxis bezeichneten Vorgang, durch den Zellen dazu angeregt werden, sich in eine bestimmte Richtung zu bewegen, schon vor gut vierzig Jahren entdeckt. Doch erst in der letzten Zeit haben die Forscher begonnen, die Prinzipien dieses interessanten biologischen Phänomens molekular zu verstehen, wie jüngst auf der Internationalen Titisee-Konferenz deutlich wurde, die von Benjamin Kaupp vom Forschungszentrum Jülich und von Michael Eisenbach vom Weizman Institute of Science in Rehovot organisiert worden war.

          Vor allem von Chemikern und Physikern entwickelte neue Untersuchungstechniken haben dazu beigetragen, daß man die vielen Varianten der Informationsverarbeitung chemotaktischer Vorgänge schon recht gut durchschaut.

          Viele Wachstumsfaktoren, ob für Nervenzellen, Abwehrzellen oder Krebszellen, sieht man heute in einem neuen Licht. Denn man kann die Moleküle auch als Lockstoffe chemotaktischer Systeme ansehen. Das wurde unter anderem am Beispiel der Metastasenbildung deutlich, der Bildung von Tochtergeschwülsten in weit entfernten Organen. Schon lange ist bekannt, daß bestimmte Formen von Krebs in jeweils ganz bestimmten Organen Tochtergeschwülste bilden, in anderen aber fast nie.

          Organspezifität bei Krebserkrankungen

          So entstehen bei Brustkrebs leicht Metastasen in Lymphknoten, Lunge und Knochenmark, nicht aber zum Beispiel in der Herzmuskulatur oder der Niere, die ebenso gut durchblutet sind und Krebszellen über die Gefäße ansammeln könnten. Lange Zeit nahm man an, daß Krebszellen zwar in praktisch alle Organe auswandern können, doch nur dort auch zu einem Tumor heranwachsen, wo sie eine geeignete Mikroumgebung mit zum Beispiel günstigen Wachstumsfaktoren vorfinden. Inzwischen mehren sich indessen die Hinweise, daß die Organspezifität etwas mit Chemotaxis zu tun hat.

          Bernhard Homey von der Universität Düsseldorf berichtete, daß die Lunge, nicht aber die Niere ein kleines Protein, das Chemokin CXCL12, ausschüttet und daß bestimmte Brustkrebszellen die passenden Rezeptoren für diesen Lockstoff besitzen. Der Nachweis von Rezeptoren auf Brustkrebszellen und die Sekretion passender Lockstoffe in der Lunge legt chemotaktische Vorgänge als Ursache dafür nahe, daß Mammakarzinome in der Lunge metastasieren. In der Tat ließ sich bei Mäusen die Metastasenbildung verhindern, indem man den entsprechenden Rezeptor blockierte. Metastasierende Brustkrebszellen prägen häufig auch Rezeptoren für den epidermalen Wachstumsfaktor EGF aus.

          Vielfalt chemotaktischer Möglichkeiten

          Nach den Beobachtungen von Jeffrey Segall vom Albert Einstein College of Medicine in der Bronx/New York scheint dieses Protein aber eher ein chemotaktischer Stoff denn ein Wachstumsfaktor zu sein. Segall zeigte, daß dieser nicht, wie zunächst vermutet, das Wachstum der Krebszellen begünstigt, sondern den Krebszellen den Zutritt zu Blutgefäßen und damit ein Verschleppen in andere Organe erleichtert. Die Vielfalt chemotaktischer Möglichkeiten könnte erklären, weshalb ein therapeutisch genutzter Hemmstoff für den EGF-Rezeptor, das Herceptin, längst nicht allen Brustkrebspatientinnen hilft.

          Chemotaxis spielt auch bei der Befruchtung eine wichtige Rolle. Ob die Spermien wie beim Seeigel und bei den Fischen ins Meer freigesetzt oder in den Genitaltrakt der Frau entlassen werden, ohne Chemotaxis erreichten sie nicht ihr Ziel. Die Spermien des Seeigels reagieren überaus empfindlich auf ein von den Seeigeleiern ausgeschiedenes kleines Lockprotein. Kaupp berechnete, daß die Bindung eines einzigen Moleküls genügt, um einem Spermium die Richtung zu einem Seeigelei zu weisen. Bis vor kurzem hatte man angenommen, daß es unter den etwa hundert Millionen Spermien, die bei einer Ejakulation in den Genitaltrakt der Frau gelangen, zu einer Art Wettrennen kommt. Sieger ist, wer als erster die Eizelle erreicht. Diese Vorstellung hat sich grundlegend geändert.

          Wissenschaftler sind auf der Spur

          Wie Eisenbach in Titisee darlegte, besteht kein Zweifel mehr daran, daß letztlich nur wenige Spermien um den Zugang zur Eizelle konkurrieren. Nur jedes millionste Spermium erreicht die Tuben, wo die reife Eizelle, umgeben von Cumuluszellen, für die Befruchtung bereitliegt. Von diesen Samenzellen befindet sich wiederum nur ein Teil in einem befruchtungsfähigen Zustand. Offenbar sprechen speziell diese Zellen auf Lockstoffe an. Die Forscher haben schon ein rundes Dutzend Moleküle ausgemacht, die im Experiment chemotaktische Effekte bei Spermien zeigten. Warum es davon so viele gibt und ob sie alle physiologisch bedeutsam sind, ist noch fraglich. Die Wissenschaftler sind aber echten Lockstoffen schon auf der Spur, die von der Eizelle beziehungsweise den sie umgebenden Cumuluszellen ausgeschüttet werden. Auch einen ersten passenden Rezeptor auf den Spermien haben sie bereits im Visier.

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