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Nobelpreis für Medizin: So funktioniert der Zelltransport

Hormone oder Botenstoffe: In der Zelle wird einiges transportiert und muss zur richtigen Zeit am richtigen Ort sein. Die diesjährigen Nobelpreisträger haben entschlüsselt, wie das funktioniert.

Von Lea Wolz

Wer einmal den Hamburger Hafen gesehen hat, weiß: Hier ist eine Menge los. Schiffe werden be- und entladen, Container an den Terminals verfrachtet und riesige Mengen Transportgüter auf ihren Weg gebracht. Das alles erfolgt nach einem strengen Zeitplan, der eingehalten werden muss, damit die Warenströme reibungslos fließen und kein Chaos ausbricht. Logistik ist alles.

Das ist in unseren Zellen nicht anders, denn dort spielt sich - wenn auch in viel kleinerem Maßstab - etwas Ähnliches ab. Zellen mit Zellkern, sogenannte Eukaryoten, sind wie kleine Fabriken mit unterschiedlichen Abteilungen, von denen jede ihre eigene Funktion hat. Diese Arbeitsteilung ist für die Zelle höchst effektiv, doch sie wirft zugleich Fragen auf.

Denn auch in den Zellen ist Fracht unterwegs: Etliche Substanzen werden dort produziert und exportiert. So wird etwa das Hormon Insulin hergestellt und ins Blut gebracht oder chemische Signale - sogenannte Neurotransmitter - weitergeleitet, die dafür sorgen, dass Nervenzellen miteinander kommunizieren. Die Fracht der Zelle wird dabei nicht in Container verpackt, sondern in kleine Bläschen, sogenannte Vesikel. Diese transportieren die Ladung zwischen den Zellabteilungen hin und her oder docken an die Zellmembran an und entlassen ihre Fracht nach außen. Doch wer sorgt dafür, dass sie zur richtigen Zeit an die richtige Stelle gelangen? Und dass sie dort ihre Ladung abgeben?

Diese Fragen haben die beiden US-Forscher James Rothman und Randy Schekman sowie der deutsche Wissenschaftler Thomas Südhof beantwortet. Für ihre Erkenntnisse erhielten sie jetzt den Medizin-Nobelpreis. Schekman, der heute an der University of California in Berkeley forscht, entdeckte eine Reihe von Genen, die für den Vesikel-Transport wichtig sind. Rothman von der Yale University in New Haven im US-Bundesstaat Connecticut löste das Rätsel, wie diese an ihren Zielen festmachen, um dort die von ihnen transportierten Substanzen abzugeben. Und Südhof, der mittlerweile an der US-Eliteuniversität Stanford arbeitet, entschlüsselte, welche Signale die Vesikel dazu bringen, ihre Fracht zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort abzuladen.

Bei Diabetes ist Transportsystem gestört

Zugegeben, erst einmal mag das arg theoretisch klingen. Doch ein funktionierendes Transportsystem in den Zellen ist überlebenswichtig. "Ohne dieses höchst präzise System würde die Zelle ins Chaos verfallen", schreibt das Nobelpreiskomitee. Ein gestörtes Transportsystem spielt etwa bei neurologischen Leiden, Diabetes oder Krankheiten des Immunsystems eine Rolle.

Schekman begann in den 1970er Jahren, die genetische Basis des Transportsystems genauer zu studieren. Dafür beobachtete er Hefezellen, deren Frachttransport missglückte: In bestimmten Teilen der Zelle stauten sich die Vesikel. Schekman erkannte, dass dafür bestimmte genetische Defekte verantwortlich waren.

Auch Rothman wollte tiefer in die Geheimnisse der Zelle und ihrer Logistik eindringen. Seit den achtziger Jahren erforschte er, dass bei Säugetierzellen bestimmte Proteine dafür sorgen, dass die Vesikel an ihr Ziel, eine bestimmte Membran, andocken können. Ähnlich wie bei einem Reißverschluss passen die Proteine der Vesikel und der Membran zusammen. "Da es viele solcher Proteine gibt und da sie nur in speziellen Kombinationen zusammenpassen, ist sichergestellt, dass die Fracht an den genau dafür bestimmten Ort geliefert wird", schreibt das Nobelpreiskomitee

Das letzte Puzzleteilchen trug Südhof bei. Er beschäftigte sich damit, wie Nervenzellen miteinander kommunizieren. Im Prinzip nutzen sie dafür die Mechanismen, die Schekman und Rothman beschrieben. Doch die Zell-Container, die Vesikel, dürfen ihre Fracht nur genau dann abgeben, wenn die Nervenzelle mit ihren Nachbarn kommuniziert. In den neunziger Jahren suchte Südhof nach Proteinen in Nervenzellen, die auf Calcium-Ionen reagieren. Er entdeckte, dass eine Zellmaschinerie angeworfen wird, sobald der Gehalt an Calcium-Ionen steigt. Sie sorgt dafür, dass das Vesikel zum präzisen Zeitpunkt seine Fracht abgibt.

"Der Vesikel-Transport und das Verschmelzen funktioniert in ganz unterschiedlichen Organismen wie Hefepilzen oder Menschen nach denselben Basisprinzipien", schreibt das Nobelpreis-Komitee. Zwar ist die Arbeit der Nobelpreisträger in erster Linie Grundlagenforschung: Zu Medikamenten habe sie noch nicht geführt, hieß es bei der Bekanntgabe der Preisträger. Doch in der Diagnostik kommt sie bereits zum Einsatz.

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