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Hartwell, Hunt und Nurse - Entdecker der Regulatoren des Zellzyklus
08. Okt 2001 17:11
Seit mehr als hundert Jahren ist bekannt, dass Zellen sich durch Teilung vermehren. Die diesjährigen Nobelpreisträger haben die Mechanismen entschlüsselt, wie dieser Vorgang reguliert wird.
Etliche Milliarden-mal wiederholt sich der Vorgang im Laufe des Lebens, erstmals nach Befruchtung der Eizelle: die Zellteilung. Die Tochterzellen teilen sich wiederum, jedes Gramm menschlichen Gewebes besteht aus durchschnittlich einer Milliarde Zellen. Auch im erwachsenen Organismus teilen sich die meisten Zellen zur Verjüngung des Gewebes. Doch die Zellteilung muss rigoros kontrolliert werden, denn unkontrollierte Zellteilung bedeutet Krebs.
Motor und Getriebe
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Hartwell, Hunt und Nurse, die Nobelpreisträger 2001, haben grundlegende Mechanismen der Kontrolle und Regulation des Teilungsvorgangs entdeckt. Mit diesen wissenschaftlichen Leistungen hat die «Nobel Assembly» die Preisvergabe begründet. Das Prinzip lässt sich mit einem Auto im Straßenverkehr vergleichen: Es braucht einen Motor und ein Getriebe zur kontrollierten Fortbewegung. Ist die Ampel auf Rot, sollte das Fahrzeug stehen bleiben, der Motor dreht im Leerlauf. Erst bei Grün sorgt ein eingelegter Gang für Bewegung.Zwei Gruppen von Molekülen in der Zelle sorgen wie Motor und Getriebe für den regulierten Ablauf der Zellteilung: Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs = cyclin dependent kinases und Cycline. Die Aktivität der CDKs treibt die Zellen durch die verschiedenen Phasen des Zellzyklus, ist dabei aber von den Cyclinen abhängig. Deren verfügbare Menge variiert periodisch, dadurch wird die Aktivität der CDKs reguliert. CDKs entsprechen also dem Motor, und Cycline dem Getriebe.
Gene und Perioden
 | L. Hartwell | | Foto: www.nobel.se |
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Leland Hartwell hat als erster in den frühen siebziger Jahren durch genetische Experimente an der Bäckerhefe spezielle Gene gefunden, die für die Kontrolle des Zellzyklus wichtig sind. Diese nannte er CDC-Gene (Cell Division Cycle Genes). Darunter fand er ein Schlüsselgen, dessen Produkt für den ersten Schritt im Zellzyklus notwendig ist. CDC28 erhielt deshalb den Namen start.Zusätzlich hat er den Einfluss von radioaktiver Strahlung untersucht, die zu DNA-Schäden führt. Dabei fand er heraus, dass bei beschädigter DNA der Zyklus gestoppt wird. Hartwell entwickelte daraus das Konzept des «Kontrollpunkts»: Die Zelle kann erst in die nächste Phase des Zyklus eintreten, wenn die DNA repariert ist. Diese Kontrolle sorgt für die geordnete Abfolge der verschiedenen Phasen des Zellzyklus.
 | P. Nurse | | Foto: www.nobel.se |
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Paul Nurse deckte die Natur von start und verwandten Genen des Zellzyklus auf. Er fand heraus, dass es sich bei den kodierten Proteinen um Kinasen handelt. Das sind Enzyme, die Phosphatgruppen an andere Proteine knüpfen und so ihre Eigenschaften ändern. Die Aktivität dieser Kinasen ist wiederum abhängig von den Cyclinen, daher der Name Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs = cyclin dependent kinases). Nurse isolierte die dem Hefegen start entsprechenden menschlichen Gene. Das kodierte Protein erhielt den Namen CDK1 (Cyclin Dependent Kinase 1).
 | T. Hunt | | Foto: www.nobel.se |
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Tim Hunt entdeckte die ersten Cyclin-Moleküle. Bei Seeigeln machte er Anfang der achtziger Jahre die Beobachtung, dass ein bestimmtes Protein im Zellzyklus periodisch abgebaut wird. Dieser Protein-Abbau ist ein wichtiger Kontrollmechanismus für den Zellzyklus.
Diagnose und Therapie von Krebs
Die medizinische Bedeutung der Erkenntnisse über Regulation und Kontrolle des Zellzyklus liegt vor allem in der Krebsforschung. Die unkontrollierte Vermehrung macht die Krebszelle aus. Weil Defekte in den Genen für CDK-Moleküle und Cycline zur Krebsentstehung führen können, handelt es sich um sogenannte «Oncogene». Oft werden auch erhöhte Mengen der beiden Molekülgruppen in Tumorgewebe gefunden. So könnte die Forschung zur Entwicklung neuer Tests zur Krebsdiagnose beitragen.Auch für die Krebstherapie ergeben sich neue Ansätze. So wird an der Entwicklung neuer Hemmstoffe für CDKs oder Cycline gearbeitet - oder die Wirkung von krebshemmenden Stoffen wird endlich verstanden. So bewirken etliche «gesunde» pflanzliche Produkte eine Wachstumshemmung bei Krebszellen - auch durch Wirkung auf die Kontroll-Moleküle.
 | Der Zellzyklus: Aus einer einzelnen Zelle entstehen letztendlich zwei. Die Zellteilung selbst ist nur der letzte Schritt dieses komplizierten Prozesses, der über zahlreiche Enzyme gesteuert wird. CDK: Das Schlüssel-Enzym 'Cyclin-abhängige Kinase'. G1, S, G2 und M sind die vier klar definierten Phasen des Zellzyklus. | | Foto: www.nobel.se |
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