11.12.12

Nobelpreis Chemie

Rezeptoren - Signal ins Innere der Zelle

Die mit dem Nobelpreis geehrten Chemiker haben das Geheimnis der zellulären Andockstellen entschlüsselt. Mit Hilfe ihrer Entdeckung könnten bald neuartige Medikamente entwickelt werden.

Von Nadja Podbregar

Der Nobelpreis für Chemie geht dieses Jahr an zwei Zellbiologen aus den USA: Robert Lefkowitz und Brian Kobilka entdeckten als erste, wie winzige, aber lebenswichtige Sensoren auf der Oberfläche unserer Zellen arbeiten. Über sie nimmt die Zelle ihre Umwelt wahr und reagiert auf Veränderungen.

Die unter dem sperrigen Begriff "G-Protein gekoppelte Rezeptoren" zusammengefassten Sensoren dienen als Andockstellen für Hormone und andere Signalstoffe. Sie sind es aber auch, die Sinneszellen sensibel machen für Licht, Gerüche oder Geschmacksstoffe.

Menschen nehmen die Umwelt über die Sinnesorgane Nase, Augen und Ohren wahr. Aber auch jede einzelne Zelle muss über eine Form von Sinnesorganen verfügen. Denn nur so können beispielsweise die Tausenden von Zellen im Herz miteinander kommunizieren und die synchrone Bewegung des Pumporgans koordinieren.

Andockstelle für Hormone

1968 fand der junge Mediziner Robert Lefkowitz bei Experimenten mit radioaktiv markiertem Adrenalin heraus, dass das Hormon auch auf Zellen wirken kann, ohne von diesen aufgenommen zu werden. Stattdessen lagert es sich nur an eine bestimmte Andockstelle auf der Zellmembran an.

Durch diese Bindung verändert sich die Form des Sensormoleküls auf der Innenseite der Membran. Dadurch kann sich nun ein bestimmtes Eiweiß, das sogenannte G-Protein, dort anlagern. Dies wirkt wie ein Schalter und löst eine ganze Kette von biochemischen Reaktionen aus, die letztlich zur typischen Hormonwirkung führt.

In den 1980er Jahren stieß der Mediziner Brian Kobilka zu Lefkowitz und seinem Team. Gemeinsam gelang es den beiden Wissenschaftlern, die Gene für eine der Adrenalin-Andockstellen, den sogenannten Beta-Rezeptor, zu identifizieren. Damit hatten sie erstmals Einblick in die genetische Bauanleitung dieser so wichtigen Zellsensoren.

Ansatzpunkt für neue Medikamente

Bei der weiteren Forschung über den genauen Aufbau der Rezeptoren gelang Kobilka im Jahr 2011 der Durchbruch. Da sich die komplexe Struktur der Proteine mit dem Mikroskop nicht auflösen lässt, mussten Kobilka und sein Team die Moleküle zunächst in eine geordnete Form bringen und in ein Kristall umwandeln.

In diesem Zustand ließ sich die Anordnung der einzelnen Atome im Molekül mittels Röntgenstrahlen abbilden. Das Ergebnis der Bemühungen war spektakulär: Die aus den Röntgenbildern rekonstruierte Struktur zeigte den Adrenalin-Rezeptor direkt nach Anlagerung des Hormons – und damit in genau dem Moment, in dem der biochemische Schalter für die Signalkette umgelegt wurde.

"Lefkowitz und Kobilka haben mit ihren Arbeiten erstmals das innere Wirken dieser wichtigen Gruppe von Rezeptoren enthüllt", erklärt das Nobelkomitee in seiner Preisbegründung. Die Entdeckung und Entschlüsselung dieser Zellsensoren und ihrer Struktur hat aber auch ganz praktisch medizinische Bedeutung: Denn sie macht es möglich, Medikamente zu entwickeln, die nur an bestimmte Rezeptoren binden und so spezifisch nur bestimmte Stoffwechselfunktionen auslösen oder blockieren.