Bei normaler Sauerstoffversorgung in der Zelle (Normoxia) markiert das Protein VHL den Signalkomplex HIF für den Abbau. Bei Sauerstoffmangel (Hypoxia) reichert sich HIF an und aktiviert das Gen für EPO, was die Produktion roter Blutkörperchen ankurbelt. (Bild: The Nobel Committee for Physiology or Medicine / Mattias Karlén)
Sauerstoff ist für Tiere, also auch den Menschen, überlebenswichtig: Praktisch alle Zellen des Körpers benötigen Sauerstoff, um aus Nährstoffen Energie zu gewinnen. Wird der Sauerstoff knapp oder ist er im Überfluss vorhanden, müssen die Zellen entsprechend reagieren. Während die fundamentale Bedeutung von Sauerstoff für tierische Organismen bereits seit über 200 Jahren bekannt ist, war es lange Zeit ein Rätsel, wie diese Reaktionen auf molekularer Ebene geschehen.
Grundlage für neue Medikamente
Die Forschungsarbeiten von Semenza, Ratcliffe und Kaelin zeigten erstens, dass nicht nur wenige spezialisierte Zellen, sondern praktisch alle Gewebe in der Lage sind, Sauerstoffmangel zu erkennen und darauf zu reagieren. Weiterhin identifizierten sie als zentrales Element einen Proteinkomplex namens Hypoxia-inducible Factor (HIF). Dieser ist entscheidend für die Aktivität des Gens für das Hormon Erythropoietin (EPO). Dieses wiederum regt die Produktion roter Blutkörperchen an, welche für den Transport von Sauerstoff im Blut verantwortlich sind. Ebenfalls wichtig ist das Protein VHL, welches den Abbau von HIF einleitet. Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass VHL in manchen Krebszellen fehlt, weshalb diese sich permanent wie unter Sauerstoffmangel verhalten und sich somit praktisch ständig im Alarmzustand befinden.
Diese Ergebnisse liefern nicht nur neue Erkenntnisse über die Funktionsweise von Zellen, sondern auch neue Ansätze für verschiedene Therapien: Beispielsweise ist Anämie eine häufige Begleiterscheinung von chronischer Niereninsuffizienz, da die EPO-Produktion eingeschränkt ist. In Tumorzellen gehört die Sauerstoff-Signalkette zu den Mechanismen, die das Wachstum von Blutgefäßen und damit die Versorgung des Tumors kontrollieren. Wirkstoffe, die diesen molekularen Mechanismus beeinflussen, können daher die Grundlage für neue Medikamente zur Behandlung solcher Krankheiten darstellen. Einige solcher Medikamente befinden sich bereits in klinischen Studien in der Erprobung an Patienten. (ak)
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