Biologie, Medizin, Nobelpreis

Wie Zellen auf Sauerstoff reagieren (Medizin Nobelpreis 2019)

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2019 was awarded jointly to William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe and Gregg L. Semenza „for their discoveries of how cells sense and adapt to oxygen availability.“

Also für ihre Entdeckungen, wie Zellen wahrnehmen und darauf reagieren können, wie viel Sauerstoff sie zur Verfügung haben. Diese Fähigkeit ist offensichtlich extrem wichtig und lebensentscheidend für alle Lebewesen! Um diese Entdeckung dreht sich der heutige Artikel!

Sauerstoff wird quasi von jedem Lebwesen auf der Erde benötigt, um Nahrung in Energie umzuwandeln. Allerdings variiert der Sauerstoffpegel teilweise erheblich und so mussten die Lebewesen / bzw. ihre Zellen sich darauf einstellen, dass sie erkennen können, wann sie nicht genug Sauerstoff bekommen. Noch wichtiger ist, dass sie dies nicht nur erkennen, sondern auch darauf reagieren können. Wie sie dies tun, haben die drei diesjährigen Nobelpreisträger in Physiologie oder Medizin erforscht.

Wofür Zellen Sauerstoff am meisten brauchen, ist die Umwandlung von Nahrung in Energie. Wichtig ist hierbei, dass die Zellen erkennen können, wie viel Sauerstoff sie zur Verfügung haben, weil sie so regulieren können, wie viel Arbeit sie verrichten können. Wenn beispielsweise mehr Sauerstoff durch Sport verbraucht wird, erkennen das die Zellen und können darauf reagieren. Manchmal fällt der Sauerstoffgehalt im gesamten Körper (beispielsweise beim Berg steigen in hohen Lagen), manchmal auch nur an kleinen Stellen im Körper. Dadurch wird eine Reaktion ausgelöst, die „hypoxic responce“ genannt wird und die ihrerseits Reaktionen anstößt – wie beispielsweise die Bildung neuer roter Blutzellen.

Bei der Untersuchung der Vorgänge in den Zellen fanden die Forscher recht schnell heraus, dass das Hornom EPO verstärkt auftritt, je geringer der Sauerstoffgehalt ist. „Hypoxia“ wird dabei einer geringer Sauerstoffgehalt genannt. Semenza untersuchte deswegen das EPO – Gen und wie es sich bei unterschiedlichen Sauerstoffleveln verändert. Auch Ratcliffe arbeitete an der Sauerstoffregulation von EPO und beide Forschungsgruppen fanden heraus, dass in allen Gewebezellen solche Sauerstoffmessmechanismen ablaufen- nicht nur in der Leber, wo EPO normalerweise produziert wird. Das war eine wichtige Erkenntniss, weil so klar wurde, dass dieser Mechanismus nicht auf einen kleinen Teil von Zellen beschränkt ist, sondern für viele gilt.

Semenza entdeckte bei seiner Arbeit den Proteinkomplex HIF (= hypoxia-unducible factor) und schließlich auch, dass HIF aus zwei DNA-bindenden Proteinen besteht: HIF-1a und ARNT. HIF-1a wird die ganze Zeit in den Zellen hergestellt. Wenn kein Sauerstoffmangel besteht (Normoxia), wird das Protein allerdings direkt wieder zerstört.

Zur gleichen Zeit arbeitete Kaelin als Krebsforscher an der Erforschung der „Hippel-Lindau Krankheit“ (=VHL diesease). Diese genetische Krankheit erhöht die Wahrscheinlichkeit extrem, an bestimmten Krebsarten zu erkranken. Er fand bei seiner Arbeit das VHL – Gen und konnte schließlich zeigen, dass VHL mit HIF-1a in Verbindung steht und für die Verminderung bei normalem Sauerstoffgehalt zuständig ist.

Damit war schon eine ganze Menge geschafft, aber eine zentrale Frage war noch offen: Wie reguliert der Sauerstoff genau das Zusammenspiel von VHL und HIF-1a? Die Antwort darauf fanden Ratcliffe und Kaelin gleichzeitig (getrennt voneinander) 2001. Sie konnten zeigen, dass HIF-1a bei genügend Sauerstoff hydroxiliert (also sich mit Sauerstoff verbindet), dieses Hydroxilierte HIF-1a wird von VHL erkannt und schließlich zerstört. Ist nicht genügend Sauerstoff vorhanden, passiert genau dies nicht und HIF-1a bleibt bestehen. Die folgende Grafik soll das Vorgehen verdeutlichen:

Der Einfluss von diesem Vorgang bestimmt unser gesamtes Leben und so ist die Entdeckung fundamental, um unser Leben noch besser zu verstehen. So verstehen wir jetzt zum Beispiel besser, wann Rote Blutzellen entstehen oder wie der Körper allgemein auf Veränderungen des Sauerstoffgehalts reagiert. Auch bei der Entwicklung eines Babys im Mutterleibt ist das Prinzip für die Entwicklung der Plazenta entscheidend. Einige Anwendungen haben bereits ihren Weg in die Medizin gefunden, beispielsweise um Anämie (= Blautarmut) oder bestimmte Krebsarten zu behandeln.

 

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Quellen & weitere Infos:
Press Release
Scientific Background
Der Sauerstoffsensor des Lebens

2 Gedanken zu „Wie Zellen auf Sauerstoff reagieren (Medizin Nobelpreis 2019)“

Ich freue mich auf deinen Kommentar!

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden /  Ändern )

Google Foto

Du kommentierst mit Deinem Google-Konto. Abmelden /  Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden /  Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden /  Ändern )

Verbinde mit %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.