Medaille mit dem Konterfei von Alfred Nobel  (Foto: dpa Bildfunk, picture alliance/Kay Nietfeld/dpa)

Wie Zellen Sauerstoff „spüren“ Medizin-Nobelpreis 2019 für Zellforschung

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Die drei Zellforscher aus den USA und Großbritannien haben herausgefunden wie Zellen es schaffen, den Sauerstoffgehalt im Körper zu messen und auf ihn zu reagieren.

Der Medizin-Nobelpreis 2019 geht an drei Zellforscher aus den USA und Großbritannien: Gregg Semenza (USA/Baltimore), William Kaelin (USA/Harvard) und Sir Peter Ratcliffe (GB/Oxford).

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Ein Protein zeigt Sauerstoffsättigung an

Das Nobelpreis-Trio hat den Regelkreis entschlüsselt, der dafür sorgt, dass beispielsweise im Körper eines Bergsteigers in großen Höhen mehr rote Blutkörperchen gebildet werden. Eine zentrale Rolle spielt dabei ein Protein namens HiF.

HiF kann die Bildung neuer roter Blutkörperchen auslösen – doch lange blieb unklar, wie das HiF in der Lage ist, den Sauerstoffgehalt in einer Körperzelle zu „spüren“. Der Trick, den Semenza, Kaelin und Ratcliffe entschlüsselt haben: HiF wird eigentlich ständig in der Zelle produziert, wird aber von dort vorhandenen Sauerstoffmolekülen so verändert, dass ein zweites Protein an ihm andocken kann – das sogenannte VHL. Das VHL wirkt wie eine Markierung, die dafür sorgt, dass die Kombi aus HiF und VHL von einer dritten Art von Protein, der Prolyl-Hydroxylase, zerstört werden kann.

Kurz gesagt: Der Sauerstoff sorgt dafür, dass das Protein, welches die Produktion von roten Blutkörperchen ankurbeln könnte, zerstört wird, bevor es aktiv werden kann. Ist dagegen wenig Sauerstoff in der Zelle, wird HiF nicht zerstört und sorgt für einen erhöhten Nachschub an roten Blutkörperchen. Dabei spielt dann auch das Hormon EPO eine Rolle, das deshalb gerne als Dopingmittel benutzt wird.

rote Blutkörperchen (Foto: Colourbox)
Ist wenig Sauerstoff in der Zelle, wird das Protein HiF nicht zerstört und sorgt für einen erhöhten Nachschub an roten Blutkörperchen.

Einfluss der Forschung auf künftige Behandlungen

Bisher gibt es noch keine fertig ausgearbeiteten Therapien, die auf diesen Erkenntnissen beruhen. Doch denkbar sind eine ganze Reihe von Anwendungsmöglichkeiten. Blutarmut ließe sich beispielsweise besser behandeln, wenn man den HiF-Pegel in Zellen gezielt erhöhen könnte. Und nach einem Schlaganfall könnten sich Hirnschäden vermindern oder verhindern lassen, wenn es mit Hilfe des nun entdeckten Regelkreises gelänge, die Sauerstoffversorgung im Gehirn zu verbessern.

Blutarmut (Foto: Imago, imago/Science Photo Library)
Blutarmut (Sichelzellenanaämie). Diese Krankheit verhindert, dass Sauerstoff in das Gewebe gelangt und verursacht so starke Schmerzen und Organschäden. Imago imago/Science Photo Library

Neuartige Krebstherapie möglich

Die durch den Sauerstoffgehalt regulierte Hormonmaschinerie in den Zellen spielt auch eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Krebs. Denn bestimmte Tumore können in die zelleigene Regulierung des HiF-Gehalts eingreifen und sie fatalerweise zu ihren Gunsten verändern. Sie bringen das umliegende Gewebe dazu, mehr Blutgefäße wachsen zu lassen, die den Tumor zusätzlich versorgen und ihm zu einem schnellen Wachstum verhelfen.

Neue Krebstherapien sollen genau an diesem Punkt ansetzen. Sie könnten den Einfluss des Tumors auf das Gewebe in seiner Umgebung hemmen und im besten Fall dazu beitragen, dass die Geschwulst mangels Versorgung abstirbt. Ein vielversprechender Ansatz. Allerdings kann auch Sauerstoffmangel bestimmte Tumore zu aggressivem Wachstum antreiben - entsprechend umsichtig müssen die Mediziner deshalb bei der Entwicklung von Therapien vorgehen.

Durch die Forschung der Medizin-Nobelpreisträger können neue Krebstherapien entwickelt werden.  (Foto: SWR, SWR -)
Durch die Forschung der Medizin-Nobelpreisträger können neue Krebstherapien entwickelt werden. SWR -

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