Sauerstoffregulierung in Körperzellen Was die Medizin-Nobelpreisträger erforschten
Stockholm · Beim Doping nutzen Sportler die von den diesjährigen Medizin-Nobelpreisträgern entdeckten Mechanismen. Doch auch Therapien könnten davon profitieren, etwa gegen Nierenkrebs und Blutarmut.
Sportler nutzten die Folgen von Sauerstoffmangel schon, bevor die molekularen Grundlagen geklärt waren: In großer Höhe reagiert der Körper auf die sogenannte Hypoxie mit der verstärkten Bildung roter Blutkörperchen. Die steigern die Transportkapazität für Sauerstoff - und damit die Leistungsfähigkeit.
Die Versorgung mit Sauerstoff (O2) ist essenziell für den Körper und seine Zellen - und spielt auch bei vielen Krankheiten eine Rolle. Kein Wunder: „Es ist die Substanz, von der man am meisten konsumiert und ohne die man am kürzesten überleben kann“, sagte der US-Forscher Gregg Semenza von der John Hopkins University in Baltimore vor einigen Jahren.
Semenza hat wie sein US-Kollege William Kaelin von der Harvard Medical School in Boston und der Brite Peter Ratcliffe von der Universität Oxford auf molekularer Ebene geklärt, wie die Sauerstoffregulierung in Körperzellen funktioniert. „Die bahnbrechenden Entdeckungen der diesjährigen Nobelpreisträger haben den Mechanismus hinter einem der bedeutendsten Anpassungsprozesse des Lebens enthüllt“, begründete das Nobelkomitee am Montag seine Wahl.
Begonnen hat dieser Anpassungsprozess vor gut 500 Millionen Jahren: Damals stieg der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre von nur wenigen auf die heutigen 21 Prozent. Zu jener Zeit entstanden die ersten komplexen tierischen Lebewesen - und es entwickelten sich Mechanismen, um Gewebe und Zellen ausreichend mit dem Gas zu versorgen.
Dass Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen, Sauerstoff dazu nutzen, Nährstoffe in Energie umzuwandeln, ist schon lange bekannt. Forscher wissen zudem seit Jahrzehnten, dass bei Sauerstoffmangel die Konzentration des in der Niere produzierten Hormons Erythropoetin (EPO) steigt, was wiederum die Bildung roter Blutkörperchen verstärkt. Diese Funktion von EPO nutzten viele Sportler beim Doping.
Doch die komplexen molekularen Grundlagen der Sauerstoffregulierung in Zellen waren bis in die 1990er Jahre unbekannt. Dann entdeckte Semenza bei genveränderten Mäusen, welche DNA-Sequenzen am EPO-Gen hinter diesem Effekt steckten. In Leberzellen stieß er auf ein Protein, das zentral an der Sauerstoffregulierung beteiligt ist und das er HIF (Hypoxia Inducible Factor) nannte.
Bei normalem Sauerstoffgehalt bauen Zellen ein bestimmtes HIF-Protein (HIV-1α) permanent ab. Bei Hypoxie hingegen steigt die Konzentration des Proteins in der Zelle, das sich dann unter anderem an das EPO-Gen anlagert.
Kaelin und Ratcliffe entdeckten dann einen Zusammenhang von HIF mit dem seltenen Von-Hippel-Lindau-Syndrom (VHL), das mit Tumoren an Auge und Zentralem Nervensystem einhergeht. Ist das VHL-Protein mutiert, wird HIF nicht abgebaut, ähnlich wie bei Sauerstoffmangel. Darauf reagiert die Zelle mit der Bildung von Blutgefäßen.
Beide Mechanismen sind für die Medizin interessant. Derzeit werden laut dem Verband forschender Arzneimittelhersteller (vfa) zwei neue Medikamentenklassen an Patienten erprobt, die auf den Arbeiten der Nobelpreisträger basieren. Die sogenannten HIF-PH-Inhibitoren verhindern demnach, dass HIF abgebaut wird, und kurbeln so die Bildung von EPO an. Von der höheren Zahl roter Blutkörperchen sollen vor allem Nierenkranke profitieren, die unter Blutarmut - Anämie - leiden.
Mehrere solche Mittel werden laut vfa derzeit in großen Zulassungsstudien getestet, in China und Japan ist demnach eine Arznei sogar schon zugelassen. Bislang wird Patienten mit Blutarmut den Angaben zufolge EPO meist direkt gespritzt.
In der Krebsmedizin wiederum sollen sogenannte HIF-2α-Antagonisten dafür sorgen, dass Krebszellen den Botenstoff VEGF weniger produzieren. Das soll etwa bei Nierenkrebs und Hirntumoren die Bildung neuer Blutgefäße zur Versorgung des Tumors hemmen. Diese Arzneien werden schon am Menschen getestet, aber bislang noch in Bezug auf ihre Sicherheit.
Semenza, Kaelin und Ratcliffe hatten bereits 2016 gemeinsam den Lasker-Preis bekommen. Die Forschung sei seine Religion, sagte Semenza damals in seiner Dankesrede. „Ich bin voller Staunen über das Ergebnis von vier Milliarden Jahren Evolution auf diesem Fleck des Universums und voller Hoffnung darauf, dass wir das Leben der Menschen um uns herum mit grundlegenden Entdeckungen und ihrer Übernahme in die klinische Praxis verbessern können.“
