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Wie funktioniert der Eiweißtransport in unseren Zellen?
Antworten auf diese und weitere grundlegende Fragen der Zellbiologie stammen von den diesjährigen Nobelpreisträgern für Physiologie und Medizin: Am 10. Dezember 2013 erhalten James E. Rothman, Randy W. Scheckman und Thomas C. Südhof den Preis gemeinsam in Stockholm. Die Forschungserkenntnisse der Zellforscher gehören heute zum Basiswissen, erklärt Univ.-Prof. Dr. Lukas Huber, Direktor des Biozentrums der Medizinischen Universität Innsbruck.
Der mit acht Millionen Schwedischen Kronen (921.000 Euro) dotierte Nobelpreis für Physiologie und Medizin wird 2013 für bahnbrechende Erkenntnisse zur Entschlüsselung der Mechanismen beim Transport von Eiweißen (Proteinen), intrazellulär sowie aus den Zellen heraus, verliehen. „Die Arbeiten der Preisträger des Jahres 2013 haben unser Verständnis dieses Aspekts der Zellbiologie radikal verändert“, stellte das Nobelpreiskomitee anlässlich der Bekanntgabe der Preisträger im Oktober fest. Ähnlich äußert sich auch der Direktor des Biozentrums Univ.-Prof. Dr. Lukas Huber. „Die Erkenntnisse von Rothman, Scheckman und Südhof stammen größtenteils aus den frühen 90iger Jahren und gehören inzwischen zum Grundlagenwissen der Zellforschung. Wir unterrichten das für die Absolventinnen und Absolventen des Bachelorstudiums Molekulare Medizin der Medizinischen Universität Innsbruck und die Namen und Arbeiten dieser Nobelpreisträger muss jeder kennen“, erklärt Univ.-Prof. Huber.
„Eine Zelle funktioniert wie eine Stadt“
Die Funktionsweise einer Zelle lässt sich laut Univ.-Prof. Huber mit der einer Stadt veranschaulichen. „Der Zellkern ist das Rathaus, in Fabriken werden Eiweißkörper hergestellt“, erklärt Univ.-Prof. Huber. „Mit Hilfe des komplexen Golgi-Apparates werden die Informationen verschickt, das ist quasi die Hauptpost.“ Verpackt werden die für den intrazellulären Transport oder für die Freisetzung nach außen bestimmten Proteine in den Zellen in sogenannte „Vesikel“. Wenn es bei diesem komplexen System zu Fehlern kommt, kann dies mitunter schwerwiegende Folgen haben: Zahlreiche Krankheiten bei Menschen und Tieren gehen auf fehlgeleitete Transportmechanismen in und außerhalb von Zellen zurück. Dementsprechend ist die Grundlagenforschung der Zellbiologie essentiell für den zukünftigen medizinischen Fortschritt. „Der Nobelpreis wird daher auch stellvertretend für ein ganzes Feld verliehen“, meint Univ.-Prof. Lukas Huber.
Genetische Forschung an Hefezellen
Die Grundlage für die Forschungserkenntnisse von Randy Scheckman, geboren 1948 in St. Paul im US-Bundesstaat Minnesota bildet Hefe. Dabei handelt es sich um die einfachste höhere (eukaryotische) Zelle. Auch in einer Hefezelle müssen Proteine zwischen Kompartimenten und Zell-organellen zum richtigen Zeitpunkt an den richtigen Ort transportiert werden. „Mit Hilfe von Hefezellen kann daher sehr gut genetische Forschung gemacht werden“, erklärt Univ.-Prof. Huber. In Innsbruck arbeitet beispielsweise die Arbeitsgruppe von Assoz.-Prof. Priv.-Doz. Dr. David Teis (Sektion für Zellbiologie) mit dem Hefemodell, das auf die Forschungsarbeit von Randy Scheckman, der an der „University of California in Berkeley“ tätig ist, zurückgeht.
Schlüssel-Schlossprinzip des Golgi-Apparats
An Säugetierzellen zeigte James Rothman, geboren 1950 in Haverhill (US-Bundesstaat Massachusetts) was mechanistisch dazu führt, dass ein Vesikel in der Zelle an seinem Ziel spezifisch andockt und schließlich seine Ladung freigibt. „Der Chef der Abteilung für Zellbiologie der Yale University hat damit nachgewiesen, dass der Golgi-Apparat quasi nach dem Schlüssel-Schlossprinzip funktioniert“, erläutert Univ.-Prof. Huber. Weitere Informationen über die notwendige zeitliche Regulierung der Stoffwechselprozesse in einer Zelle, was insbesondere in der Neurobiologie essentiell ist, hat der gebürtige Thomas C. Südhof beigesteuert. Der 1955 in Göttingen (D) geborene Südhof ist seit 2008 Professor für Molekulare und Zelluläre Physiologie an der Stanford University.
(B. Hoffmann)
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