Postleitzahlen für Proteine

Am 1. Weihnachtstag 1974 hatte es endlich geklappt. In einem New Yorker Labor durchdrang ein Protein im Reagenzglas die bis dahin für unüberwindlich gehaltene Zellmembran. Günter Blobel begründete mit diesem Experiment einen Forschungszweig, der immer mehr an Bedeutung gewinnt.
Blobel hatte sich zunächst gefragt, wie Proteine, die als Enzyme den Stoffwechsel der Zellen und damit alles Leben steuern, wohl ihren Bestimmungsort erreichen. In einer lebenden Zelle strebt immerhin rund eine Milliarde solcher Proteinpartikel den unterschiedlichsten Zielen entgegen. Wie schaffen sie es, die Membranen, die die einzelnen Organellen vom Zellsaft abgrenzen, zu überwinden? Oder anders ausgedrückt: Welche Schlüssel brauchen sie, um von einem Zimmer ins andere zu gelangen?
Die Lösung dieser für das Verständnis zellulärer Vorgänge grundlegenden Frage wird nun mit dem Medizin-Nobelpreis gewürdigt. Das Komitee des Karolinska Instituts, Stockholm, ehrt damit die erfolgreiche Erforschung zelluläre Transportsysteme.
Proteine sind aus Aminosäureketten zusammengesetzt, deren Länge sehr stark variiert. Ihre Lebensdauer ist meist recht kurz, denn permanent werden sie auf- und wieder abgebaut. Die Baupläne dafür liefern die Gene im Zellkern. Blobel hat nun entdeckt, dass jeder Bauplan eine kurze Signalsequenz enthält. Sie besteht meist aus etwa 15 Aminosäuren und lässt sich mit einer Postleitzahl oder einer Adresse vergleichen. Sie gilt als eine Art Eintrittskarte in den Transportprozess und garantiert das Weiterleiten oder Ausschleusen am Ende des Weges.
Ein synthetisiertes Protein wird anhand seiner Signalsequenz von einer bisher noch nicht genau bekannten Maschinerie, einer Art Schlepper, identifiziert und zum Bestimmungsort transportiert. Dort schließt die Signalsequenz einen Membrankanal auf, das Protein schlüpft hindurch, danach sperrt das Signal den Kanal wieder zu. Zwischen 40 und 50 solcher ortsspezifischen topogenen Signale sind bereits bekannt. Während kleine Moleküle wie Ionen einfach durch die Kanäle diffundieren, müssen Proteine aktiv transportiert werden.
Der frisch gebackene Nobelpreisträger hat auch entdeckt, dass der Zellkern nicht nur ein Tresor für Gene ist. An der Kernmembran herrscht ein reges Kommen und Gehen. Proteine, die den Kern verlassen, werden an der Kernpore mit einem Exportsignal versehen und dann erst von einem Schlepper an den jeweiligen Bestimmungsort gebracht. Es gibt also zwei unterschiedliche Mechanismen. Denn der Schlüssel passt nur von einer Seite, ein Zurück gibt es nicht. Das gilt auch beim Eintritt der Proteine in das Endoplasmatische Netzwerk, das Verteilungssystem innerhalb der Zelle. Beim Einschleusen verlieren die Moleküle ihr topogenes Signal. Damit ist der Weg frei, die Zelle zu verlassen.
Blobels Forschung hat die Zellbiologie außerordentlich befruchtet. Ein falsches Signal kann für den Organismus katastrophale Folgen haben. So beruht die unheilbare Erbkrankheit Zystische Fibrose (Mukoviszidose) darauf, dass bestimmte Proteine ein falsches Signal besitzen und daraufhin in der Lunge sehr viel Schleim gebildet wird. Transportfehler können zudem Krebs verursachen. Und auch Viren wie etwa der AIDS-Erreger manipulieren Signale. Das Immunsystem ist bei der Produktion von Antikörpern auf topogene Signale angewiesen. Die Biotechnologie nutzt die Signale bereits zur Gewinnung von Wirkstoffen.
Das Nobelkomitee erwartet, dass das Wissen über solche Mechanismen Medizin und Pharmazie, Zell- und Gentherapie befördern wird. Günter Blobel hat die Basis geschaffen, jetzt müssen andere an Weihnachten ins Labor.
UWE SCHULTE
Günter Blobel ist stolz auf die hohe Auszeichnung. Der 63-jährige Molekularbiologe erhält den diesjährigen Medizin-Nobelpreis für seine Forschungen zum Proteintransport in der lebenden Zelle.