Dafür gibt es den Medizin-Nobelpreis

Die meisten Lebewesen benötigen Sauerstoff zur Energiegewinnung. Das ist schon Jahrhunderte bekannt. Allerdings ist nicht immer gleich viel Sauerstoff verfügbar, so sinken zum Beispiel in großer Höhe der Luftdruck und damit der verfügbare Sauerstoff. Dass Zellen sich diesen geänderten Umgebungsbedingungen anpassen können, weiß man ebenfalls schon lange. Das wird auch medizinisch genutzt. So wird beispielsweise bei Hypoxie vermehrt Erythropoietin (EPO) gebildet und somit Erythrozyten, was beispielsweise bei Anämie hilfreich ist. Auch Sportler machen sich dieses Wissen zunutze – im Höhentraining.

Wie Zellen sich diesen geänderten Umgebungsbedingungen anpassen können, wusste man allerdings lange nicht. Für die Entdeckung der Mechanismen, wie Zellen unterschiedlichen Sauerstoffgehalt „fühlen“ und sich entsprechend anpassen, gibt es nun in diesem Jahr den Medizin-Nobelpreis. Die drei Preisträger, William G. Kaelin Jr., Sir Peter J. Ratcliffe und Gregg L. Semenza, hätten einen der wichtigsten Anpassungsmechanismen überhaupt entschlüsselt, heißt es in einer Pressemitteilung der Nobel-Stiftung am Karolinska-Institut. Sie hätten die Grundlage gelegt, um zu verstehen, wie der Sauerstoffgehalt den Zellstoffwechsel und die Körperfunktionen beeinflusst.

Die Antwort kam unerwarteterweise aus der Krebsforschung. Zur selben Zeit, als Semenza und Ratcliffe sich mit der sauerstoffabhängigen EPO-Regulation befassten, untersuchte William Kaelin eine seltene, autosomal-dominant vererbte Tumorerkrankung namens Von-Hippel-Lindau-Syndrom (VHLS), bei der Erkrankte ein genetisch stark erhöhtes Risiko für Tumore auf der Netzhaut, in Kleinhirn und Rückenmark sowie in der Niere, Nebenniere und der Bauchspeicheldrüse haben. Kaelin konnte zeigen, dass das VHL-Gen für ein Protein codiert, das Krebsentstehung verhindert. Ebenso zeigte er, dass Krebszellen ohne intaktes VHL-Gen hypoxieregulierte Gene extrem überexprimieren. Bringt man ein intaktes VHL-Gen in Krebszellen ein, normalisiert sich die Expression. VHL scheint also in die Anpassungsmechanismen der Zellen bei Hypoxie involviert zu sein – ein wichtiger Hinweis in Bezug auf die Frage, wie Ubiquitin sauerstoffabhängig an HIF-1α bindet. Weitere Hinweise kamen dann von verschiedenen Gruppen, die zeigen konnten, dass VHL Teil des Komplexes ist, der Proteine mit Ubiquitin markiert und sie so für das Proteasom als „Müll“ markiert. Ratcliffe und seine Gruppe machten dann eine entscheidende Entdeckung: VHL kann mit HIF-1α interagieren und ist für den Abbau von HIF-1α bei normalem Sauerstoffgehalt erforderlich.

Aufgrund ihrer Arbeit wisse man heute viel mehr darüber, wie Sauerstoff fundamentale physiologische Prozesse regle, heißt es in der Mitteilung des Nobel-Komitees. Als Beispiel werden Muskelzellen bei investiver Belastung genannt oder die Bildung neuer Blutgefäße. Zudem spiele dieser sauerstoffabhängige Mechanismus eine Rolle bei zahlreichen Erkrankungen. So litten niereninsuffziente Patienten oft unter Anämie aufgrund einer reduzierten EPO-Expression. Auch bei Krebs spiele der entdeckte Weg eine wichtige Rolle, weil er dafür sorge, dass für ein effektives Tumorwachstum Gefäße neu- und der Zellstoffwechsel umgebildet werde. An Arzneimitteln, die diesen Mechanismus (oxygen-sensing machinery) entweder blockieren oder stimulieren können, werde bereits intensiv geforscht