Sauerstoff ist das Lebenselixier, ohne können wir und auch alle Tier nicht leben. Jetzt gibt es hier neue Erkenntnisse. Menschen und Tiere benötigen Sauerstoff, um Energie in der Nahrung freizusetzen, und ohne ihn gäbe es kein Leben. Wenn wir einatmen, spaltet (oder oxidiert) Sauerstoff chemische Bindungen, zum Beispiel in Kalorien, und setzt die Energie zur Nutzung durch unsere Zellen frei. Das Produkt dieses Prozesses ist CO2.
Während dieser grundlegende Austausch seit Jahrhunderten verstanden wurde, war nicht bekannt, wie sich die Zellen anpassen und auf den sich ändernden Sauerstoffgehalt reagieren. Woher wissen unsere Zellen zum Beispiel, dass sie ihre Atmung beschleunigen, wenn wir trainieren und mehr Energie – und Sauerstoff – benötigen, um weiterzumachen? Wie leben Menschen in großen Höhen? Kaelin, Ratcliffe und Semenza halfen bei der Beantwortung dieser Fragen.
Es ist oft eine Frage der Anpassung
Menschen und Tiere haben sich auf alle möglichen Arten angepasst, um sicherzustellen, dass Zellen und Gewebe ausreichend Sauerstoff erhalten. Frühere Nobelpreisträger wie Corneille Heymans wurden mit dem Preis ausgezeichnet, weil sie gezeigt haben, dass die Halsschlagadern im Nacken spezielle Zellen haben, die den Sauerstoffgehalt des Blutes wahrnehmen und als Reaktion darauf unsere Atemfrequenz steuern. Wenn der Sauerstoffgehalt im Blut sinkt, atmen wir schneller, um mehr Sauerstoff aufzunehmen. Nach Angaben des Nobelkomitees entdeckte Semenza, Professor für genetische Medizin an der Johns-Hopkins-Universität, eine weitere wichtige physiologische Anpassung an niedrige Sauerstoffwerte, die so genannte Hypoxie. Wenn der Sauerstoffgehalt sinkt, steigt ein Hormon namens Erythropoietin (EPO) im Körper an und sendet ein Signal aus, die Produktion roter Blutkörperchen zu steigern, die den Sauerstoff zu den Geweben des Körpers transportieren.
Ratcliffe, das sowohl mit der Universität Oxford als auch mit dem Francis Crick Institut in London verbunden ist, baute auf dieser Arbeit auf. Zusammen mit Semenza fand er heraus, dass dieser Sauerstoff-Sensor-Mechanismus „in praktisch allen Geweben vorhanden ist, nicht nur in den Nierenzellen, wo EPO normalerweise produziert wird“.
Gerade als Semenza und Ratcliffe ihre Entdeckungen über das EPO-Gen machten, beschäftigte sich William Kaelin, Jr., ein Professor der Harvard Medical School, der ein Labor am Dana-Farber Cancer Institute in Boston betreibt, intensiv mit der Erforschung eines vererbten Syndroms, des Von-Hippel-Lindau-Syndroms oder VHL. Er stolperte über eine weitere genetische Reaktion auf veränderte Sauerstoffwerte. Familien, die VHL-Mutationen tragen, haben ein erhöhtes Risiko für ein Nierenzellkarzinom und eine Art von Bauchspeicheldrüsenkrebs. Kaelin bemerkte, dass Krebszellen, in denen kein funktionierendes VHL-Gen vorhanden war, „abnorm hohe Konzentrationen von hypoxie-regulierten Genen“ exprimierten, so das Komitee. „Als das VHL-Gen wieder in die Krebszellen eingeführt wurde, wurden normale Werte wiederhergestellt“.
Dieser Befund deutete darauf hin, dass VHL wahrscheinlich wichtig war, um die Reaktionen des Körpers auf niedrige Sauerstoffwerte zu kontrollieren.
Bis 2001 zeigten Kaelin und Ratcliffe in getrennten veröffentlichten Artikeln, dass eine Art von Proteinmodifikation – bekannt als Prolyl-Hydroxylierung – es dem VHL ermöglicht, HIF-1a zu erkennen und daran zu binden. Dies war ein weiteres Schlüsselteil des Puzzles zum Verständnis des Sauerstoffsensors und seiner Funktionsweise. Insgesamt eine erstaunliche Erkenntnisse, die sehr weiterhelfen kann in der Medizin.
