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Nobelpreisträger decken verborgene Zellen-Signalwege auf

Wissenschaft Nobelpreisträger decken verborgene Zellen-Signalwege auf

Es ist Nacht. Schwere Schritte ertönen hinter einem Menschen, eine große Silhouette ist zu erkennen. Sofort machen sich alle Körperzellen startklar für Flucht oder Angriff.

Stockholm. Es ist Nacht. Schwere Schritte ertönen hinter einem Menschen, eine große Silhouette ist zu erkennen. Sofort machen sich alle Körperzellen startklar für Flucht oder Angriff.

Der Blutdruck steigt, die Leber organisiert Zucker, der Energie für die Muskelarbeit bietet. Solche bedeutenden Signalwege für Milliarden von Körperzellen, haben die diesjährigen Chemie-Nobelpreisträger Robert Lefkowitz (69) und Brian Kobilka (57) aus den USA erforscht. Sie entdeckten, wie die wichtigsten Rezeptoren von Zellen arbeiten. An diesen docken auch Medikamente wie Betablocker gegen Bluthochdruck, Antihistamine für Allergiker und Psychopharmaka an.

Etwa die Hälfte aller modernen Medikamente beruht nach Angaben der Nobelstiftung auf diesen G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR), die unter anderem in Augen, der Nase, Muskelfasern, Fettspeichern und Hormondrüsen sitzen. „Das Wissen über die GPCR ist einer der größten Segen für die Menschheit“, erläutert die Nobelstiftung. „Dennoch haben sich die Rezeptoren lange Zeit den Forschern entzogen.“

Wenn der Körper beispielsweise das Hormon Adrenalin ausschüttet, heftet sich dieses direkt an einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor an der Außenseite bestimmter Zellen. Der Rezeptor in der Zellhülle ändert seine Form und aktiviert somit das G-Protein, das in der Zelle liegt. Dieses zerfällt und wirft die Maschinerie in der jeweiligen Zelle an, die daraufhin ihre spezifischen Produkte herstellt.

„Wissenschaftler arbeiten seit Jahrzehnten daran zu verstehen, wie diese Rezeptoren mit dem G-Protein in der Zelle interagieren und diese anschalten“, sagte Prof. Alfred Wittinghofer vom Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund. Kobilka (Stanford-Universität in Palo Alto) habe gerade auch in den vergangenen drei Jahren mehrere bedeutende Studien dazu veröffentlicht.

Er hatte nach zwei Jahrzehnten Forschung 2011 mittels Röntgenstrukturanalyse erstmals die 3-D-Struktur eines GPCR gezeigt, der gerade ein Signal von außen in die Zelle leitet. „Das ist für die Entwicklung von Pharmaka essenziell“, sagte Wittinghofer, der G-Proteine untersucht. Dadurch könnten Medikamente so designt werden, dass sie noch besser an die Rezeptoren andocken.

Lefkowitz (Duke-Universität in Durham) hatte bereits 1968 Hormone mit radioaktivem Iod markiert und so ihre Andockstellen in der Zellhülle entdeckt. Der frisch in sein Team gekommene Kobilka isolierte das Gen für den sogenannten ß-adrenergen Rezeptor, an den etwa das Hormon Adrenalin andockt. Bald darauf entdeckten die Forscher, dass ähnliche Gene auch in zahlreichen anderen Zellen aktiv sind. Diese Rezeptorgruppe verarbeitet etwa auch Signale, die von Gerüchen, Histamin, Dopamin und Serotonin ausgehen.

Der Signalweg ist so bedeutend, dass es bereits zwei Nobelpreise dafür gab: Die US-Forscher Alfred G. Gilman und Martin Rodbell erhielten 1994 den Medizin-Nobelpreis für die Entdeckung der G-Proteine und ihre Rolle bei der Signalweiterleitung. Die US-Biologen Richard Axel und Linda B. Buck bekamen 2004 den Medizinpreis für Arbeiten zum Geruchssinn, der auch auf GPCR beruht.

Die Erkenntnisse von Lefkowitz hätten ganz konkret zahlreichen Herzkranken das Leben gerettet, sagte Prof. Georg Mayr vom Uniklinikum Hamburg-Eppendorf. Früher hätten diese Patienten meist Adrenalin-Abkömmlinge erhalten, um die Herzfunktion zu steigern, was aber nur kurzfristigen Erfolg gehabt habe. Später habe man entdeckt, dass Betablocker unter anderem zu einer Erholung des geschädigten Herzens beitragen, so dass sie heute zur Standardtherapie gehörten.

„Die Lefkowitz-Gruppe hat mit ihren Arbeiten ganz wesentlich zu diesem völligen Paradigmenwechsel in der Therapie der Herzinsuffizienz beigetragen, der wohl alleine in Deutschland jährlich Zehntausende von Todesfällen verhindert beziehungsweise massiv Leben verlängert“, betonte Mayr.

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