Zellzyklus – Alle Schalter auf Start

Zum hundertsten Geburtstag der Nobelpreise rückte ein besonders wichtiges Forschungsfeld in den Blickpunkt: Die Krebsforscher Leland H. Hartwell (USA) sowie R. Timothy Hunt und Sir Paul M. Nurse (beide Großbritannien) werden für ihre Erkenntnisse über den Zellzyklus und seine Kontrolle mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet.

Auch beim erwachsenen Menschen müssen Zellen sich teilen können, um abgestorbene Zellen ersetzen zu können.

Leland H. Hartwell
Leland H. Hartwell

Dieser Prozess muss jedoch streng kontrolliert sein. So werden Hautzellen ständig abgestoßen und ersetzt, Leberzellen teilen sich praktisch nur noch, um Wunden zu schließen, und Nervenzellen teilen sich im erwachsenen Menschen überhaupt nicht mehr. Wenn sich eine Zelle dieser Wachstumskontrolle entzogen hat, ist der Weg zur Entstehung von Krebs bereitet.

Der wichtigste Kontrollpunkt im Zellzyklus ist der Eintritt in die Synthese-Phase (S-Phase), in der das Erbgut der Zelle verdoppelt wird. Ist dieser Punkt einmal überwunden, teilt sich die Zelle – komme, was wolle. Leland H. Hartwell hat diesen Start-Punkt entdeckt und den Begriff „Checkpoint“ für die weiteren Kontrollpunkte geprägt.

R. Timothy Hunt
R. Timothy Hunt

An diesen Checkpoints wird jeweils geprüft, ob ein Prozess abgeschlossen ist, bevor der nächste beginnt. So muss etwa das Erbgut verdoppelt sein, bevor sich die Chromosomen aufspiralisieren. Erst wenn das passiert ist, löst sich die Kernhülle auf. Der Zellzyklus unterliegt einem strengen Takt – und die Taktgeber hat Timothy Hunt entdeckt: die Cycline.

Die Mitglieder dieser Proteinfamilie werden in einem festen Rhythmus auf- und abgebaut. Damit geben sie den Takt des Zellzyklus vor, denn sie verbinden sich mit den eigentlichen Dirigenten der Zellteilungs-Maschinerie: den Cyclin-abhängigen Kinasen (CDK, von engl. Cyclin-dependent kinase). Deren Entdeckung verdanken wir Paul Nurse, dem dritten der diesjährigen Preisträger.

Sir Paul M. Nurse
Sir Paul M. Nurse

Die CDKs dirigieren das Orchester der Zellteilungs-Maschinerie. Bindet ihr passendes Cyclin an sie, hängen sie kleine Molekülbausteine, so genannte Phosphatreste, an ihre Zielproteine. Diese Proteine werden dadurch entweder aktiviert oder gehemmt – und das Konzert des Zellzyklus spielt sich harmonisch ab.

Die Erkenntnisse über den Zellzyklus sind vor allem deshalb wichtig, weil seine Kontrolle bei Krebszellen verloren gegangen ist. Sie teilen sich unkontrolliert und unbegrenzt. Ein eindrucksvolles Beispiel dafür sind die wenigen Zellen, die man 1953 einem Tumor der Amerikanerin Henrietta Lacks entnommen hat. Diese Zellen teilen sich noch heute – sie bilden eine der gängigsten Zelllinie in den Laboren der Welt, die Linie „HeLa“.

An der Entstehung von Krebs sind fast immer auch geerbte oder erworbene Fehler bei der Zellzyklus-Kontrolle beteiligt. Weiß man etwa, dass bei einer bestimmten Krebsart eine CDK im Überschuss produziert wird, kann man nach Medikamenten suchen, die spezifisch diese CDK hemmen. Die Erkenntnisse von Hartwell, Hunt und Nurse bilden daher die Grundlage für einen zentralen Zweig der Krebsforschung – Grund genug, ihnen den Nobelpreis für Medizin zuzuerkennen.

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