Zellbiologie

Ordnung im Chaos

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Jede Zelle ist eine komplizierte und gut organisierte Fabrik, in der ständig biochemische Stoffe von einem Ort zu einem anderen transportiert werden müssen. Doch wie schafft es die Zelle, die richtigen Stoffe zur richtigen Zeit an den richtigen Ort zu bringen?

Als Transportvehikel in der Zelle dienen die so genannten Vesikel, kleine von einer Lipidmembran umschlossene Bläschen. Proteine, die wie Adressaufkleber auf den Vesikeln funktionieren, spielen eine wichtige Rolle bei der Regelung des regen Verkehrs der Vesikel innerhalb der Zelle.Für die Aufklärung der Organisation des Stofftransportes innerhalb der Zelle erhielten der in Deutschland geborene Thomas Südhof sowie zwei amerikanische Wissenschaftler dieses Jahr den Medizin-Nobelpreis.

Thomas Südhof hat sich vor allem mit der Frage beschäftigt, was die Fusion von Vesikeln mit der Zellmembran in Nervenzellen reguliert. Das menschliche Gehirn beherbergt schätzungsweise zwei Quadrillionen Synapsen - 10.000 mal mehr als es Sterne in unserer Milchstraße gibt. Immer dann, wenn ein Nervenimpuls über eine Synapse von einer Nervenzelle zur nächsten übertragen wird, verschmelzen Vesikel einer Nervenzelle mit der Außenmembran und entleeren Neurotransmitter. Wie diese zelluläre Maschinerie funktioniert und reguliert wird, hat Südhof erforscht. Er konnte unter anderem zeigen, dass die Vesikel bereits an der Membran angedockt sind. Durch einen molekularen Schalter, der von Calcium-Ionen ausgelöst wird, entleeren sich die Vesikel.

Die Mechanismen des "Secretory Pathway" - so die Fachbezeichnung für den Transport von Vesikeln aus der Zelle nach Außen - sind bei höhere Zellen überall gleich. Ein Hinweis darauf, dass die Mechanismen schon sehr früh in der Evolution entstanden sind. Thomas Südhof arbeitet mit Nervenzellen, Randy R. Schekman mit Hefezellen. Diese eignen sich besonders für die Untersuchung der genetischen Mechanismen der Transportprozesse. Schekman konnte eine Vielzahl von Genen identifizieren und beschreiben, die in den Transportmechanismen eine wichtige Rolle spielen.

Die Forschung von James Rothman hat viel zum Verständnis des Fusionsprozesses von Vesikel- und Zellmembran beigetragen. Er hat die Proteine untersucht, die als Adressaufkleber auf den Vesikeln sitzen und dafür sorgen, dass die Vesikel nur an den "richtigen" Stellen mit der Zellmembran verschmelzen. Über 80 dieser Adressaufkleber konnte er identifizieren.

Das Transportsystem ist fundamental für das richtige Funktionieren von Zellen und in allen Zelltypen vorhanden. Daraus erklärt sich auch die Vielfalt von Krankheiten, bei denen eine Störung des Systems beteiligt ist. "Insulin wird über den Secretory Pathway aus den Zellen der Bauchspeicheldrüse transportiert - ein wichtiger Ansatzpunkt für die Diabetesforschung. Die neuronalen Mechanismen, mit denen sich Thomas Südhof beschäftigt, spielen bei Störungen im neuronalen System eine Rolle", so Thomas Sommer, vom Max Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin. Die Entdeckungen haben daher viel zum Verständnis ganz verschiedener Erkrankungen beigetragen. "Es gibt bereits viele interessante Studien in der klinischen Forschung, von denen einige in nicht allzu ferner Zukunft auch zu neuen Therapien führen können", so Sommer weiter.

Thomas C. Südhof kam 1955 in Göttingen zur Welt, hat an der RWTH in Aachen, der Harvard University und der Universität Göttingen Medizin studiert und am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie promoviert. 1983 ging er in die USA. Heute arbeitet und lehrt er an der Stanford University.

James E. Rothman wurde 1950 in Haverhill, Massachusetts geboren. Er studierte in Yale und Havard. Später arbeitete er am MIT sowie an den Universitäten von Stanford und Princeton. Seit 2008 forscht er an der Yale University in New Haven.

Randy Schekman kam 1948 in St Paul, Minnesota zur Welt. Nach dem Studium an der University of California in Los Angeles arbeitete auch er in Stanford. Seit 1989 ist er Professor an der University of California in Berkeley. Website Nobel Prize

07.10.2013 , Martin Trinkaus
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