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Wissen & Umwelt

Chemie-Nobelpreis für Forschung an Rezeptoren

Das Nobelpreis-Komitee ehrt zwei US-Amerikaner, die wichtige Rezeptoren im menschlichen Körper untersuchten. Ein Drittel aller heutigen Arzneimittel wirkt über diese natürlichen Schaltknöpfe.

Eine Medaille mit dem Konterfei von Alfred Nobel (Foto: dpa - Bildfunk)

Nobelpreis Medaille / Alfred Nobel / Overlay-fähig

Der Chemie-Nobelpreis ist dieses Jahr wieder ein Biochemie-Nobelpreis - und er geht an zwei Mediziner. Die Preisträger sind der 69-jährige Robert Lefkowitz vom Howard Hughes Medical Institute in Durham und der 57-jährige Brian Kobilka von der Stanford Universität in Kalifornien.

Beide haben sich ihr Leben lang der Erforschung einer bestimmten Art von Rezeptoren gewidmet, den sogenannten G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Diese Eiweiße sind dafür verantwortlich, dass wir sehen, riechen und schmecken können. Sie sorgen auch dafür, dass sich unser Herzschlag erhöht, wenn wir aufgeregt sind. Und sie sind Angriffspunkte sehr vieler Medikamente, etwa Betablockern zur Senkung des Blutdrucks. Brian Kobilka hat einst als Postdoktorand bei Robert Lefkowitz angefangen, inzwischen ist er selbst Professor.

"Absolut nobelpreiswürdig"

Robert Lefkowitz und Brian Kobilka

Robert Lefkowitz und Brian Kobilka

Aus der wissenschaftlichen Gemeinschaft kam viel Applaus für die Entscheidung des Komitees. "Absolut perfekt, haben wir hier am Institut gedacht", erzählt Alfred Wittinghofer vom Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund. "Die Arbeiten der beiden sind einfach bahnbrechend. Ungefähr vor sechs Wochen kam nochmal eine Arbeit von Kobilka heraus. Es war das absolute Highlight! Da hab ich gesagt: 'Das ist eine Leistung, die wird auf jeden Fall in naher Zukunft den Nobelpreis bekommen.'"

Auch Stefan Offermanns, Pharmakologe am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim, sagt: "Dieser Nobelpreis kam nicht völlig unerwartet, das haben viele in der internationalen Forschergemeinschaft erwartet und auch gehofft." Und er fügt hinzu: "Lefkowitz und Kobilka sind durch alle Höhen und Tiefen des Forscherlebens gegangen und waren am Ende dann erfolgreich. Das wird jetzt zu recht belohnt."

Wissen, wie natürliche Schaltknöpfe aussehen und wie sie wirken

G-Protein gekoppelte Rezeptoren sitzen in den Zellmembranen. Sie binden beispielsweise Hormone wie Adrenalin, die in der Blutbahn kursieren. Hat ein passendes Molekül angedockt, verändern die Rezeptoren ihre Struktur. Ein Eiweiß im Inneren der Zellen - das G-Protein - kann dann ebenfalls an den Rezeptor binden und wird dadurch aktiv: Es kurbelt eine Kaskade von Vorgängen in der Zelle an, die im Falle des Adrenalins am Ende dafür sorgt, dass das Herz schneller schlägt.

"Das G-Protein ist ein molekularer Schalter, der an- oder ausgeschaltet werden kann", erklärt Wittinghofer. "Und Lefkowitz hat gezeigt, wie der Rezeptor das Protein anschaltet. Das war wirklich bahnbrechend."

Darstellung der Funktion von G-Protein Rezeptoren auf einer Zellwand und ihrer Funktion zur Steuerung der Wirkung in der Zelle (Foto: Schwedische Akademie der Wissenschaften /Nobelpreiskomittee)

Hormone wie Adrenalin (gelb) docken an den Rezeptor (hellblau) an. Daraufhin kann dieser an das G-Protein (rot) binden. Das G-Protein wird dadurch angeschaltet und setzt eine Kaskade von Vorgängen in der Zelle in Gang.

Brian Kobilka wiederum entschlüsselte die dreidimensionale Struktur des Rezeptors. Er fand also heraus, wie genau die einzelnen Eiweißketten angeordnet sind. Vor kurzem entschlüsselte er sogar die Struktur des Proteins in dem Augenblick, wenn dieser durch ein Adrenalin-Molekül angeschaltet wird und an das G-Protein andockt. "Das haben bestimmt über hundert Forscher versucht, einige haben ihr ganzes Leben probiert, so was zu machen - und Kobilka hat es zum ersten Mal geschafft", sagt Wittinghofer.

Mit allen Sinnen

Nicht nur Hormone, auch Licht oder Teilchen, die in der Luft schweben, können den Rezeptor aktivieren und so ganz bestimmte Reaktionen im Körper auslösen. G-Protein gekoppelte Rezeptoren sorgen daher dafür, dass wir sehen, indem sie Licht registrieren und ein elektrisches Signal im Gehirn hervorrufen. Sie bewirken auch, dass wir riechen und schmecken.

"Es gibt mehr als 450 verschiedene Rezeptoren dieser Art, die überall im menschlichen Körper vorkommen", sagt Offermanns. Sie reagieren auf ganz unterschiedliche Reize und kurbeln ganz verschiedene Reaktionen an.

Eine Schatzgrube für die Arzneimittelforschung

Tabletten Foto: Heiko Wolfraum +++(c) dpa - Bildfunk+++

Viele Medikamente wirken über G-Protein gekoppelte Rezeptoren

Da diese Schaltstellen so zahlreich im Körper vertreten ist, bieten sie perfekte Angriffspunkte für Medikamente. "Von den heute eingesetzten Arzneimittel sind ein Drittel so gestaltet, dass sie über die G-Protein gekoppelten Rezeptoren ihre Wirkung ausüben", erklärt Offermanns. Das sind neben den Betablockern beispielsweise Psychopharmaka, Mittel gegen Magen-, Darmkrankheiten und Tabletten gegen Heuschnupfen.

Der besondere Clou dabei: Das Arzneimittel gelangt über die Blutbahn an die Rezeptoren, die in der Zellmembran sitzen und daher leicht erreichbar sind. "Man muss sich also nicht überlegen: 'Wie kriege ich denn das Medikament in die Zelle hinein?' Das Signal geht sowieso rein", sagt Wittinghofer.

Je besser man versteht, wie die Rezeptoren aussehen und wie sie wirken, desto einfacher fällt es, neue Medikamente zu entwickeln oder zu verbessern. Denn dann lassen sich Verbindung kreieren, die möglichst gut an die Schaltstelle andocken. "Die Forschung, vor allem in der Pharmaindustrie, konzentriert sich sehr auf diese Rezeptoren", sagt Offermanns. "Das macht sie für die Medizin so bedeutsam."

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