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Medizin-Nobelpreis: Die Logistik der Zellen

Medizin-Nobelpreis: Die Logistik der Zellen
Medizin-Nobelpreis: Die Logistik der Zellen(c) imago stock&people (imago stock&people)
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Den Reigen der heurigen Nobelpreise eröffnete der für Physiologie und Medizin. Er ging an zwei US-Forscher und einen Deutschen, die erkundet haben, wie Moleküle in und zwischen Zellen örtlich und zeitlich exakt transportiert werden.

Wer jeden Morgen auf den Einfallstraßen in die Städte in einen Stau gerät bzw. ihn mitverursacht, kann heilfroh darüber sein, dass die Verkehrsflüsse in seinem eigenen Körper für gewöhnlich besser funktionieren und die richtige Menge des richtigen Guts zur rechten Zeit an den rechten Ort bringen. Das tun Lebewesen im Großen – etwa mit dem Blutkreislauf –, das tun sie im Kleinen, in der Kommunikation von Zellen mit Botenstoffen. Dabei regiert „logistike“ (Griechisch für praktische Rechenkunst), semantisch verschmolzen mit dem französischen „loger“, Unterbringung, Einquartierung (von Truppen). Wenn die schiefgeht, ist der Krieg schon verloren, deshalb entsprang die „Logistik“ im menschlichen Denken den Bedürfnissen des Militärs, systematisch ausgebaut wurde sie, als mit Napoleon halbe Völker in die Schlachten zogen.

In der Natur hat sie keinen kriegerischen Ursprung, und dort ist sie natürlich viel älter, Milliarden Jahre Evolution konnten optimieren, wie was wann wohin kommt, zwischen Zellen und in Zellen. Aber im Detail erkundet werden konnte das alles erst in den letzten Jahrzehnten – man braucht dazu etwa hochleistungsfähige Elektronenmikroskope –, und für das Setzen des Schlusssteins erhalten James Rothman, Randy Schekman und Thomas Südhof den heurigen Medizin-Nobelpreis (und acht Millionen Schwedenkronen, 921.000 Euro, es ist nicht mehr ganz so viel wie früher, die Finanzkrise hat auch das Nobel-Erbe getroffen): Das Nobelpreiskomitee würdigt sie für „ihre Entdeckungen der Regulation des Vesikel-Verkehrs, eines wichtigen Transportsystems in unseren Zellen“.

Altbewährte Feinarbeit der Evolution

Vesikel sind winzige Container in Bläschenform, die ihre Frachten in (und zwischen) Zellen transportieren. Das ist nicht leicht, Zellen haben nicht nur außen eine Membran, sie sind auch innen in viele Kompartemente unterteilt, und durch deren Wände müssen oft auch Moleküle hindurch, die viel zu groß sind, um zu diffundieren, sie müssen ein- und ausgeschleust werden. Das ist auch schon bei relativ einfachen Zellen wie denen der Bierhefe so (Saccharomyces cerevisiae). An ihr fand der heute 65-jährige Molekularbiologe Randy Schekman (Berkeley) in den 1970er-Jahren die für die Zelllogistik zentralen Gene. Auch das ging damals nicht so einfach wie heute, Schekman musste die Kandidaten über Mutationen erkunden, die in Zellen Verkehrsstaus verursachten. Er fand zunächst zwei, sec1 und sec2, später kamen weitere hinzu, sec17 und sec18 etwa.

Die sind an der Logistik insofern beteiligt, als sie mit dafür sorgen, dass die Bläschen, die etwas von außen an eine Zellmembran gebracht haben, mit dieser verschmelzen und so ihr Transportgut hineinbringen. Ein ganz ähnliches Gen (bzw. Protein) wie sec18 fand der 1950 geborene James Rothman (Yale) in den 1980er-Jahren in den Zellen von Säugetieren. Er war Proteinen auf der Spur, die in hoher Zahl von Zellen produziert wurden, die von einem Virus befallen waren (VSV). Diese Proteine modifizierten einen Zucker, wenn sie ihr Ziel erreicht hatten, Rothman nannte sie NSF. Dieses NSF-Protein passte zum sec18-Gen von Schekman, damit war klar, wie in der Zelllogistik räumlich die richtigen Ziele erreicht werden und wie dann Oberflächenmoleküle von Bläschen und Zellmembranen so ineinandergreifen, dass die beiden miteinander verschmelzen bzw. die Membran sich zum Einlass der Fracht öffnet wie ein Reißverschluss.

Lieferzeit wird mit Kalzium gesteuert

Damit war auch klar, dass der Mechanismus uralt ist. Offenbar hatte er sich spätestens seit den Hefen so bewährt, dass er in Säugetieren noch erhalten war. Nun fehlte nur noch eines: die richtige Lieferzeit. An die tastete sich der dritte der Geehrten – der Deutsche Thomas Südhof, geboren 1955 in Göttingen, heute in Stanford tätig – über die Neurotransmitter heran, mit denen Nervenzellen sich verständigen. Die müssen zeitlich punktgenau freigesetzt bzw. gebunden werden – über die Synapse hinweg –, die Zellen leisten die Feinsteuerung mit der Veränderung ihrer Kalziumkonzentrationen. So machen sie es nicht nur im Gehirn, so funktioniert auch die Freisetzung von Insulin durch die Bauchspeicheldrüse, so funktioniert die chemische Kommunikation von Immunzellen.

Oder so funktioniert es eben bisweilen nicht, entweder durch Genmutanten oder durch andere Ursachen. Dann kommt die medizinische Relevanz der Befunde der Geehrten: Fehler in der Zelllogistik führen zu Diabetes 2, zu Autoimmunkrankheiten und Leiden des Gehirns. Auch äußere Bedrohungen können den Verkehr und mit ihm die Zellen zum Zusammenbruch bringen. Das Neurotoxin von Tetanus (Clostridium tetani) etwa blockiert die Freisetzung von Neurotransmittern, das des Bakteriums Clostridium botulinum lähmt Muskeln.

Fehler würden Chaos bringen

Aber wenn es funktioniert, das „supply chain management“ – mit diesem Terminus technicus prunken Menschen, wenn sie etwas transportieren –, dann funktioniert es so großartig, dass selbst das Nobelpreiskomitee, von Beruf (Wissenschaft) und Nationalität (Schweden) eher trocken gestimmt, zu Poesie greift: „Ohne diese wunderbar präzise Organisation würde die Zelle im Chaos versinken.“

Die Ehrung für die drei „war lange überfällig“, urteilte etwa Bill Wickner (Dartmouth University), und Hidde Ploegh (Cambridge, Massachusetts) ergänzte, die Befunde der Geehrten seien so fundamental, „dass man sie heute jedem Studenten so präsentiert, als hätte es sie immer schon gegeben“. Von den Geehrten reagierte Scheckman als Erster: „Meine erste Reaktion war: ,Oh, mein Gott!‘ Das war auch meine zweite Reaktion.“

Am Dienstag folgt der Preis für Physik, am Mittwoch der für Chemie, am Donnerstag der für Literatur, am Freitag der für Frieden.

Die neuen Nobelpreisträger

James E. Rothman wurde 1950 in Haverhill, Mass., geboren. Er studierte Biochemie in Harvard und ging 1978 nach Stanford, dort begann er die Forschungen, für die er nun geehrt wurde. Heute ist er Professor an der Yale University. Nobelpreis-Kandidat war er spätestens, seit er 2002 den Lasker Prize erhielt.

Randy W. Schekman wurde 1948 in Saint Paul, Minnesota, geboren. Er promovierte 1974 in Stanford bei Artur Kornberg, der hatte 1959 den Medizin-Nobelpreis erhalten. Heute ist er Biochemiker an der University of California, Berkeley. 2002 erhielt er, wie Rothman, den Lasker – wer diesen bekommt, gilt als Nobel-Kandidat.

Thomas C. Südhof wurde 1955 in Göttingen, Deutschland, geboren. Dort studierte er auch, 1982 promovierte er in Neurochemie. Als Postdoc ging er 1983 an die University of Texas zu Joseph Goldstein, der 1985 den Medizin-Nobelpreis erhielt. Seit 2008 forscht Südhof als Zellphysiologe an der Stanford University.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 08.10.2013)