Nobelpreis für Chemie Forscher, hört die Signale

Warum rast unser Herz bei Stress? Wie nehmen wir den Duft von frischem Kaffee wahr? Zwei US-Forscher waren daran beteiligt, den Ablauf solcher Prozesse im menschlichen Körper zu entschlüsseln - eine Herkulesaufgabe. Ihr Lohn: der Chemie-Nobelpreis.

Von


G-Protein gekoppelte Rezeptoren: Wenn da nur dieser Begriff steht, der das Forschungsgebiet der beiden frisch gekürten Chemie-Nobelpreisträger beschreibt, mag es etwas spröde wirken. Doch genau das Gegenteil ist der Fall.

Was Robert Lefkowitz und Brian Kobilka erforscht haben, liefert unter anderem Informationen darüber

  • warum bei Stress unser Herz zu rasen anfängt
  • wie wir den Geschmack und den Duft von frisch gebrühtem Kaffee wahrnehmen
  • an welcher Stelle unseres Körpers etwa die Hälfte aller verschreibungspflichtigen Medikamente wirken

Fotostrecke

5  Bilder
Nobelpreis für Chemie: Gesprächsbedarf an der Zellmembran
Denn einen wesentlichen Anteil an all diesen Prozessen haben eben jene G-Protein gekoppelte Rezeptoren, die man - den englischen Begriff abkürzend - auch als GPCR bezeichnet. Zwar zählt die Arbeit von Lefkowitz und Kobilka zu Grundlagenforschung. Doch da die GPCR einen derart wichtigen Zielpunkt für verschiedenste Medikamente darstellen, können Erkenntnisse über sie bei der Entwicklung neuer Arzneien helfen.

Gesprächsbedarf an der Zellmembran

Man könnte sich die Rezeptoren in einem inzwischen etwas altmodischen Vergleich als Telefonkabel vorstellen. Sie sorgen dafür, dass eine Information weitergeleitet wird, und zwar ohne dass ein direkter räumlicher Kontakt nötig ist. GPCR finden sich nicht nur beim Menschen, sie kommen bei einem Großteil der Lebewesen vor.

GPCR, die sich in den Zellmembranen - also den Außenwänden - befinden, arbeiten als Schnittstelle zwischen dem Zellinneren und ihrer Umgebung. So kann zum Beispiel das Stresshormon Adrenalin auf Zellen in den Blutgefäßen wirken, ohne dass es in diese eindringt. Stattdessen bindet es sich von außen an den Rezeptor, der dadurch seine Form verändert. Das wirkt sich im Zellinneren aus, wo die den Rezeptoren ihren Namen gebenden G-Proteine das Signal aufnehmen und ihrerseits aktiv werden. Für Erforschung der G-Proteine wurden 1994 die US-Forscher Martin Rodbell und Alfred Gilman mit dem Medizin-Nobelpreis bedacht.

Inzwischen weiß man, dass die GPCR eine große Familie bilden. Ihre Grundstruktur ist immer gleich. Sie bestehen aus sieben Säulen, die sich quer durch die Zellmembran ziehen, im Fachjargon heißt das dann: heptahelikales Transmembranprotein. Die Form, die der jeweilige GPCR an der Außenseite der Zelle zeigt, bestimmt, welche Signale er aufnimmt. Je nach seiner Struktur können dort eben Adrenalin, aber auch Histamin oder viele andere Substanzen binden. Gleichermaßen bestimmt die Form auf der Innenseite, was für ein G-Protein mit diesem Rezeptor zusammenarbeitet.

Um die tausend GPCR-Gene im menschlichen Erbgut

GPCR sorgen nicht nur dafür, dass Signale aus dem Inneren des Körpers in den jeweiligen Zellen ankommen. Sie sind auch beteiligt, wenn äußere Reize verarbeitet werden, beim Sehen, beim Riechen, beim Schmecken. So gehört beispielsweise das auf Licht reagierende Rhodopsin in Zellen der Netzhaut zu der Rezeptor-Familie.

Robert Lefkowitz von der Duke University in Durham und Brian Kobilka von der Stanford University, die nun den Nobelpreis erhalten, beschäftigen sich seit Jahrzehnten mit den Rezeptoren.

So zeigen ihre Erkenntnisse auch, wie sich dieses Forschungsgebiet entwickelt hat. Über die gelungene Entdeckung eines solchen Rezeptors in der Zellmembran berichtete Robert Lefkowitz im Jahr 1970.

In den achtziger Jahren konnte Brian Kobilka, der damals zu Lefkowitz' Arbeitsgruppe gehörte, das Gen eines bestimmten GPCR identifizieren, des ß-Adrenorezeptors, was zu jener Zeit eine Mammutaufgabe war. Damals stellten die Forscher fest, dass die G-Protein gekoppelten Rezeptoren tatsächlich eine große Familie ähnlich aufgebauter Signalweiterleiter sind. Heute ist bekannt, dass um die tausend Gene im menschlichen Erbgut Vorlagen für verschiedene GPCR sind - ein Großteil davon liefert die Baupläne für die Rezeptoren, mit denen wir Gerüche wahrnehmen.

Rezeptor bei der Arbeit beobachtet

Erst 2011 berichtete Kobilka vom erfolgreichen Abschluss einer weiteren, noch aufwendigeren Aufgabe: Seiner Arbeitsgruppe war es gelungen, die dreidimensionale Struktur eines aktiven Komplexes aus einem Rezeptor, einem kleineren Molekül, das ihn aktiviert, sowie dem passenden G-Protein zu entschlüsseln. 20 Jahre lange hatte Koblika diesen Plan verfolgt.

Die Entschlüsselung der 3-D-Struktur von Proteinen ist hochkompliziert, was vor allem daran liegt, dass Forscher die Eiweiße zuerst dazu bringen müssen, einen Kristall zu bilden. Nur wenn die Proteine in dieser geordneten Form vorliegen, ist es möglich, durch die Bestrahlung des Kristalls mit Röntgenstrahlung herauszufinden, wie die Atome angeordnet sind. Das Kristallisieren ist per se ausgesprochen mühselig - und dass ein GPCR zudem nicht wasserlöslich und außerdem noch relativ groß ist, macht die Angelegenheit noch komplizierter.

Das Fachmagazin "Nature" widmete Kobilka einen Nachrichtenartikel - in dem schon zu lesen ist, dass seit dieser Meisterleistung so mancher davon spreche, dass Kobilka einen Nobelpreis bekommen könnte. Es werde jedoch schwer, den Forscher, der als ausgesprochen schüchtern gelte und das Rampenlicht scheue, nach Stockholm zu bekommen. Nun wird er wohl mit etwas mehr Aufmerksamkeit klarkommen müssen.

In einem Gespräch mit der Nachrichtenagentur AP schien er jedenfalls locker. Kobilka beschreibt, dass ihm am Telefon fünf Mitglieder des Nobelpreiskomitees nacheinander gratuliert hatten. "Ich glaube, das machen sie, damit man ihnen auch wirklich glaubt", so seine Erklärung. "Wenn nur einer anruft, könnte das ein Streich sein. Aber wenn fünf Menschen mit einem überzeugenden schwedischen Akzent in der Leitung sind, dann ist es keiner."

Forum - Diskutieren Sie über diesen Artikel
insgesamt 7 Beiträge
Alle Kommentare öffnen
Seite 1
TS_Alien 10.10.2012
1. Falscher Preis?
Wäre dafür nicht eher ein Medizin-Nobelpreis zu vergeben?
tischplatte 10.10.2012
2.
Zitat von TS_AlienWäre dafür nicht eher ein Medizin-Nobelpreis zu vergeben?
Diese Frage stellte ich mir auch. Anscheinend gab es keine "revolutionäre" neue Reaktionen in den vergangenen Jahren.
heikmaster 10.10.2012
3.
Zitat von TS_AlienWäre dafür nicht eher ein Medizin-Nobelpreis zu vergeben?
Es wäre einer für Biologen gewesen, aber weil es den nicht gibt drückt man die abwesend bei den Chemikern und Medizinern rein. Schade, denn beide Felder könnten auch eigene Leute zusammen bekommen...
Eserwe 10.10.2012
4.
Zitat von TS_AlienWäre dafür nicht eher ein Medizin-Nobelpreis zu vergeben?
Lefkowitz und Kobilka arbeiten beide auf molekularer Ebene und sind viel mehr Biochemiker denn Mediziner. Ihre Leistung besteht darin, Rezeptoren von einem rein phenomenologischen Konzept in greifbare molekulare Einheiten umgewandelt zu haben. Lefkowitz indem er als erster eine Technik entwickelt hat um Rezeptoren als molekulare Einheiten quantifizierbar zu machen und dadurch studieren zu koennen, und Kobilka indem er den ersten Rezeptor kloniert hat.
ribart 10.10.2012
5. ist doch egal
Heutzutage sind die Felder Medizin, Biologie und Chemie doch so weit verschränkt, dass es egal ist, woher die Preisträger letztendlich kommen. Es stimmt, die Biologen sind ins Hintertreffen geraten, weil bei der Gründung des Nobelpreises nur Medizin, Physik und Chemie berücksichtigt wurden und Biologie nicht als reine Naturwissenschaft angesehen wurde. Mit der Molekularbiolgie hat sich das aber gewaltig geändert.
Alle Kommentare öffnen
Seite 1

© SPIEGEL ONLINE 2012
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGELnet GmbH


Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.