Pauli Lectures im Zeichen der Zell-Logistik

?hnlich einer chemischen Fabrik stellen Zellen unabl?ssig verschiedenste Proteine her, die sie nach der Synthese rasch an ihren Bestimmungsort transportieren m¨¹ssen. Einige dieser Molek¨¹le sind zum Export an die Zelloberfl?che bestimmt, andere nehmen Funktionen im Zellinnern wahr. Um Stoffe zu transportieren, verwenden Zellen ein raffiniertes Distributionssystem: Sie verpacken die frisch hergestellten Proteine in winzige bl?schenf?rmige F?hren, genannt Vesikel. Diese bringen die spezielle Fracht zur richtigen Zeit an den richtigen Ort, ohne sich in der Lieferadresse zu t?uschen. Wie Zellen diese logistische Meisterleistung genau vollbringen, war lange ein Mysterium. Eine Koryph?e auf dem Gebiet des zellul?ren Transportsystems ist James E. Rothman, Professor f¨¹r Biochemie und Zellbiologie an der Yale University. Er trug massgeblich dazu bei, das R?tsel der Zell-Logistik zu l?sen.

Paketdienst nach Schl¨¹ssel-Schloss-Prinzip

?Rothman ist ein weltweit herausragender Wissenschaftler mit Pioniercharakter. Er beschrieb als erster die molekulare Maschinerie, die es den Zellen erlaubt, ihren Paketdienst zuverl?ssig abzuwickeln. Damit hat er das Feld des Vesikel-Verkehrs entscheidend gepr?gt?, sagt Nenad Ban, Professor f¨¹r Strukturelle Molekularbiologie an der ETH Z¨¹rich. Ban ist Mitorganisator der diesj?hrigen Pauli Lectures und konnte Rothman als Referenten gewinnen.

Die Vesikel, die das Frachtgut in ihrem Innern durch die Zelle transportieren, sind wie alle Zellen und ihre Organellen mit einer Biomembran umh¨¹llt. Rothman entdeckte beim Studium von S?ugetierzellen, dass die Vesikel-Bl?schen auf ihrer H¨¹lle spezifische Proteinkomplexe tragen, die wie ein Schl¨¹ssel auf ein Gegenst¨¹ck in der Membran des Zielortes passen. Dockt das Vesikel mit seinem Schl¨¹ssel an ein komplement?res Membran-Schloss an, kann der winzige Frachter mit der Zell- oder Organell-Membran verschmelzen und so seinen Inhalt am vorbestimmten Ort entleeren.

Dieser Prozess der Warenabgabe ¨C die sogenannte intrazellul?re Membranfusion ¨C ist ein fundamentaler Mechanismus in der Biologie: Er spielt eine zentrale Rolle bei Zellwachstum und Zellteilung. Ausserdem ist er medizinisch relevant, da Fehler in der Logistikkette zu schwerwiegenden Krankheiten f¨¹hren k?nnen. Indem Rothman die Membranfusion charakterisierte, lieferte er das Grundprinzip f¨¹r eine Vielzahl wichtiger physiologischer Abl?ufe, darunter die Freisetzung des Hormons Insulin in die Blutbahn, die Kommunikation zwischen den Nervenzellen im Gehirn sowie die Infektion von Zellen durch Viren.

Mit dem Blick eines Nobelpreistr?gers

Rothman wurde dank seinen bahnbrechenden Erkenntnissen zu den zellul?ren Transportwegen international bekannt und erhielt f¨¹r seine Arbeit zahlreiche Auszeichnungen, deren Kr?nung der Nobelpreis f¨¹r Physiologie im Jahr 2013 ist. Das Departement Biologie der ETH Z¨¹rich w¨¹rdigt nun Rothmans Forschungsleistung und hat ihn aus diesem Grund eingeladen, die diesj?hrigen Wolfgang-Pauli-Vorlesungen zu halten.

In der ETH-Vorlesungsreihe, die am n?chsten Montag beginnt, wird der 65-j?hrige Rothman zun?chst ¨¹ber die Bedeutung der Forschung f¨¹r die Gesellschaft sprechen und dar¨¹ber, was es braucht, um wissenschaftliche Erfolge zu erm?glichen. In einer zweiten Vorlesung wird er einen Einblick in das Transportsystem von Zellen geben und die Serie von Entdeckungen beleuchten, die 2013 zum Nobelpreis f¨¹hrten.

Schliesslich wird Rothman auf die Kommunikation von Nervenzellen eingehen, wo die Membranfusion so schnell abl?uft wie nirgends sonst in der Natur: Erreicht ein Nervenimpuls eine Synapse, setzen Vesikel an den Nervenenden in weniger als einer Millisekunde Neurotransmitter frei, welche die Information als chemische Botenstoffe auf die benachbarte Nervenzelle ¨¹bertragen. Wie es m?glich ist, dass derselbe Mechanismus hier rund 10¡®000 mal schneller abl?uft als etwa bei der Hormonaussch¨¹ttung, wird Rothman in seiner dritten Vorlesung ergr¨¹nden.