Alle Tiere benötigen Sauerstoff, um aufgenommene Nahrung im Inneren der Zellen in lebenserhaltende Energie umzuwandeln. Die grundlegende Bedeutung des Sauerstoffs ist schon seit Jahrhunderten bekannt. Nicht bekannt war bisher, wie Körperzellen Veränderungen des Sauerstoffgehalts der Luft erkennen und sich entsprechend anpassen können.

Die Träger des Nobelpreises für Medizin 2019 William Kaelin, Peter Ratcliffe und Gregg Semenza erforschten, wie molekulare Mechanismen abhängig vom Sauerstoffgehalt die Aktivität von Genen regeln, und damit wie Zellen den Sauerstoffgehalt in der Umgebung wahrnehmen und sich daran anpassen.. Diese verändern wiederum den Stoffwechsel.

Ihre Arbeiten sind nützlich für die Entwicklung neuer Strategien zur Bekämpfung von Blutarmut, Krebs und anderen Erkrankungen. Der Sauerstoffgehalt in der Umgebung kann das Wachstum der Zellen in einem Tumor und dessen Versorgung beeinflussen. Die zugrunde liegenden Mechanismen gelten daher als mögliche Ansatzpunkte für Krebstherapien.

Gregg Semenza identifizierte in den 1990er-Jahren ein Protein, das diese sauerstoffabhängigen Reaktionen reguliert. Er konnte das Protein isolieren und weiter erforschen. Der Name des Faktors ist Hypoxia Inducible Factor HIF. William Kaelin untersuchte eine Krebserkrankung, die auf einem fehlerhaften Protein beruht. Die Aktivität des Von-Hippel-Lindau-Tumorsuppressor VHL genannten Proteins ist abhängig vom Sauerstoffgehalt. Peter Ratcliffe, fand heraus, dass es einen Zusammenhang zwischen beiden Proteinen HIF und VHL gibt.

Mit dem neu entdeckten Regulierungssystem passen Körperzellen ihren Stoffwechsel an niedrige Sauerstoffwerte an, wie z.B. Muskelzellen bei intensiver Beanspruchung. Hierbei steigt die Konzentration des Hormons Erythropoetin (EPO), das für die Produktion von roten Blutkörperchen wichtig ist. Die Bildung neuer Blutgefäße wird ebenfalls vom Sauerstoff-Regulierungssystem beeinflusst. Auch  vielen anderen physiologischen Funktionen gehört es zur Regulierung.

Die Sauerstoff-Regulierung spielt bei vielen Krankheiten eine wichtige Rolle. Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz leiden aufgrund einer verminderten Produktion des Hormons EPOoft unter Anämie. Bei Tumoren beeinflusst das Sauerstoff-Regulierungssystem die Vermehrung von Krebszellen. Wissenschaftliche Einrichtungen und pharmazeutische Unternehmen arbeiten daher daran, Arzneimittel zu entwickeln, die das Sauerstoff-Mess-System aktivieren oder blockieren können.


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Quelle: nobelprize.org (10/2019)