08.10.12

Yamanaka und Gurdon

Nobelpreis für den Schlüssel zur ewigen Jugend

Der Medizin-Nobelpreis geht an Shinya Yamanaka und John B. Gurdon. Sie haben entdeckt, wie man reife Zellen zu Stammzellen umprogrammiert.

Von Shari Langemak

Ob Parkinson, multiple Sklerose oder Diabetes – das potenzielle Einsatzgebiet von Stammzellen ist schier unerschöpflich. Wissenschaftler wie Betroffene hoffen, dass mit den Wunderzellen irgendwann viele, bisher noch unheilbare, Krankheiten besiegt werden können. Trotz des großen Interesses war die Forschung in diesem Gebiet aber lange Zeit limitiert. Das Problem war ein ethisches: Stammzellen konnten nur aus Embryonen oder Nabelschnurblut gewonnen werden.

Mittlerweile können Forscher jedoch auch ausgereifte Zellen so umprogrammieren, dass sie wieder die Eigenschaften einer Stammzelle besitzen. Zu verdanken haben sie dies in erster Linie dem 78-jährigen John B. Gurdon von der britischen University of Cambridge und dem 50-jährigen Shinya Yamanaka von der Kyoto University. Für ihre Verdienste auf dem Gebiet der Entwicklungsbiologie und der Stammzellforschung wurden die beiden Forscher gestern mit dem Medizinnobelpreis ausgezeichnet. Ihre Erkenntnisse hätten das Verständnis über die Entwicklung von Zellen und Organismen derartig revolutioniert, dass Lehrbücher hätten umgeschrieben werden müssen, hieß es vom Nobelpreiskomitee in Stockholm. Die Nobeljury vergab den Preis "für die Entdeckung, dass reife Zellen zurückprogrammiert werden können, um pluripotent zu werden".

Umschreiben der Lehrbücher

Die größten Änderungen der Lehrbücher dürften in den Kapiteln über die Differenzierung der Zellen stattgefunden haben. Während man früher glaubte, dass eine einmal ausdifferenzierte Zelle für immer in diesem Status verbleibt, ist dank Gurdon und Yamanaka heute klar: Aus jeder Haut-, Nerven- oder Herzzelle kann wieder eine Stammzelle mit pluripotenten Eigenschaften werden. Pluripotent bedeutet, dass sich diese Zellen zu quasi jeder erdenklichen Zellart weiterentwickeln können. Über den Zwischenstopp pluripotente Stammzelle kann so aus einer einstigen Haut- eine Nerven- oder eine Muskelzelle werden.

"Noch zu Beginn des Jahrtausends hätte niemand gedacht, dass so etwas einmal möglich sein würde", sagt Albrecht Müller vom Zentrum für Experimentelle Molekulare Medizin in Würzburg. Mittlerweile produziert und untersucht Müller selbst pluripotente Stammzellen. Er ist der Sprecher des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projektes "Pluripotency and cellular reprogramming", das die molekularen Mechanismen dieser Umprogrammierung untersucht. "Unsere Untersuchungen sollen dazu dienen, das Verständnis von Zellidentitäten zu verbessern. Wir möchten herausfinden, was die einzelnen Zelltypen eigentlich ausmacht – von der Haut- bis hin zur Nervenzelle", sagt Müller.

Müllers DFG-Projekt ist allerdings nur eines von vielen. Nachdem Yamanaka im Jahr 2006 erstmals Hautzellen in Stammzellen verwandelte, entfachte er damit eine ganze Forschungsbewegung. Weltweit nutzten Forscher die von Yamanaka publizierte Methode, um selbst sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) herzustellen. "Im Gegensatz zu vielen anderen Studien kann Yamanakas Experiment sehr gut nachgeahmt werden. Mit seiner Methode werden iPS-Zellen verhältnismäßig einfach produziert", sagt Müller.

Gurdon legte Grundstein

Doch eigentlich beginnt die Erfolgsgeschichte sehr viel früher, weit vor dem Jahr 2006. Denn bevor sich Yamanaka an die gezielte Umprogrammierung von ausgereiften Zellen machte, musste erst einmal bewiesen werden, dass so etwas prinzipiell möglich ist. Genau das gelang dem Entwicklungsbiologen John Gurdon, der zurzeit an dem nach ihm benannten Gurdon-Institut in Cambridge forscht. Bereits im Jahr 1962 zeigte Gurdon anhand von Froscheiern, dass die Ausdifferenzierung von ausgereiften Zellen später wieder rückgängig gemacht werden kann. In seinem Experiment ersetzte er unreife Zellkerne aus Froscheizellen durch ausgereifte Kerne aus Froschdarmzellen.

Erstaunlicherweise hatte der Erbguttausch keine Folgen für die weitere Entwicklung der Froschembryonen. Aus den präparierten Eizellen entwickelten sich normale, lebensfähige Kaulquappen. Gurdon schlussfolgerte daraus, dass das Zellplasma der Eizellen bestimmte Faktoren enthalten müsse, die aus dem ausdifferenzierten Erbgut wieder ein undifferenziertes machten. Es dauerte allerdings 44 Jahre, bis diese sogenannten Masterregulatoren bestimmt werden konnten. Yamanaka ist genau dies gelungen: Aus einer Vielzahl von Zytoplasmaproteinen fischte er genau diejenigen heraus, die das Erbgut in Richtung Stammzelle umprogrammieren. Der ambitionierte Wissenschaftler wählte dafür zunächst die 24 Zytoplasmafaktoren aus, die mit der höchsten Wahrscheinlichkeit für die Stammzelleigenschaften verantwortlich waren. Während seiner Experimente stellte sich jedoch heraus, dass weitaus weniger Masterregulatoren genügen, um eine Ausdifferenzierung wieder rückgängig zu machen. Die Versuche zeigten: Mit nur vier Proteinen wurde aus einer Haut- eine induzierte pluripotente Stammzelle.

Basis für besseres Verständnis von Krankheiten

Genau diese vier Masterregulatoren werden nun weltweit dazu genutzt, Stammzellen ethisch unbedenklich zu gewinnen – ein wirklicher Durchbruch in der Stammzellforschung. Dadurch sei es möglich geworden, bemerkenswerte medizinische Fortschritte voranzutreiben, begründet auch die Nobelpreisjury ihre Entscheidung. Die Umprogrammierung von Zellen sei die Basis für ein besseres Verständnis von Krankheiten und für die Entwicklung von Diagnose- und Therapiemethoden.

Mithilfe von induzierten pluripotenten Stammzellen möchte auch Jürgen Hescheler die Behandlung von Herzinfarktpatienten verbessern. Der Leiter des Instituts für Neurophysiologie der Universität in Köln, der zugleich Präsident der Deutschen Gesellschaft für Stammzellforschung ist, entwickelt zurzeit ein Verfahren, mit dem Infarktnarben geheilt werden sollen. Die Idee: Wenn für Risikopatienten bereits vor dem Eintritt eines Herzinfarkts passende Herzmuskelzellen gezüchtet würden, könnten diese dann, sofern der unglückliche Fall eintritt, direkt in das Infarktgebiet injiziert werden.

"Unsere Mausexperimente haben nicht nur gezeigt, dass die gezüchteten Herzmuskelzellen gut in dem Infarktgewebe anwachsen, sondern dass sich auch die Herzleistung infolge der Behandlung maßgeblich verbessert", sagt Hescheler.

Bis diese Methode allerdings am Menschenherz getestet werden kann, wird es wohl noch dauern. "Die Auflagen im Gebiet der Stammzellforschung sind sehr streng. Es gibt außerdem Bedenken, dass diese Therapiemethode spätere Tumore verursachen könnte. Wir arbeiten aber schon an einem anderen Verfahren, dass dieses Risiko umgehen könnte", sagt er. Mit der Bekanntgabe des Medizinnobelpreises wurde der erste Nobelpreis in diesem Jahr verkündet.