Nobelpreislexikon

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Der Chemie-Nobelpreis 2015

Der Chemienobelpreis 2015 geht an die Forscher Tomas Lindahl (*1938), Paul Modrich (*1946) und Aziz Sancar (*1946) für ihre Erforschung der DNA-Reparaturmechanismen.

Tomas Lindahl (*1938 in Stockholm) ist ein schwedischer Mediziner, der mit einer Arbeit über die Struktur der DNA in Lösungen 1967 am Karolinska Intitut (wo auch der Nobelpreis verkündet wird) bei Stockholm promovierte. Nach einem Post-Doc-Aufenthalt in den USA ging der Wissenschaftler 1969 zurück an das Karolinska Intitut, später wurde er Professor in Göteborg. Sein Arbeitsschwerpunkt ist die Erforschung von DNA-Reparatursystemen. Lindahl konnte als Erster zeigen, dass die menschliche Erbsubstanz DNA gar nicht so stabil ist wie man zuvor dachte, und daher eigentlich nicht für eine korrekte Vererbung geeignet sei. Dann entdeckte Lindahl, dass die DNA in den Zellen laufend mit besonderen Enzymen – den Glykosylasen – durch Exzision (Herausschneiden von fehlerhaften DNA-Basen) repariert wird, damit bei der Vererbung weniger Fehler übertragen werden. Für seine Forschungsergebnisse wurde der inzwischen emeritierte Lindahl bereits mehrfach ausgezeichnet.

Paul Modrich (*1946) ist ein amerikanischer Biochemiker, der 1973 an der renommierten Stanford University promovierte. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der Krebsmedizin und dabei insbesondere in der Erforschung der Erbsubstanz DNA. Er arbeitet gegenwärtig als Professor an der Duke University in Durham (USA). Modrich untersuchte bestimmte DNA-Fehler, die nur bei der Zellteilung auftreten und für die Erkrankung an vererbbaren Darmkrebs verantwortlich sind. Dabei entdeckte Modrich einen speziellen, mit dem Enzym DNA-Polymerase ausgeführten Reparaturmechanismus, welcher die Wahrscheinlichkeit einer falschen Basenpaarung in der DNA (s.u. DNA-Struktur) durch laufende Reparaturkontrolle („mismatch-repair“) auf ein Tausendstel senkt.

Aziz Sancar (*1946 in Savur, Türkei) hat die türkische und die US-amerikanische Staatsbürgerschaft. Sancar promovierte 1977 an der University of Texas in Dallas. Sein Forschungsgebiet ist die Molekulargenetik, heute ist er Professor an der University of North Carolina School of Medicine (USA). Sancar entdeckte die speziellen Reparaturmechanismen zur Reparatur von DNA-Schäden, die durch UV-Strahlung entstehen und Hautkrebs verursachen können. Bei dem von ihm entdecktem Mechanismus wird mit speziellen Enzymen – den Photylasen – eine ganze Nukleotid-Einheit aus der DNA herausgeschnitten (nucleotide excision). Die DNA ist eine Kette von Nukleotiden, wobei die Nukleotide aus einem Basen-Molekül, einem Zuckermolekül und einem Phosphorsäurerest bestehen.

Hintergrund: Die Information über unser Erbgut liegt auf dem Molekül DNA (Desoxyribonukleinsäure, DNS). Das strangförmige DNA-Molekül besteht aus Nukleotid-Einheiten, welche wiederum jeweils aus einem Basen-Molekül, einem Zuckermolekül und einem Phosphorsäurerest bestehen. Dabei treten vier unterschiedliche Basen-Moleküle auf: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T).

Animiertes Strukturmodel der DNA-Helix, Bild: R. Wheeler (zephyris auf wikipedia)

Ein DNA-Molekül besteht aus zwei Nukleotid-Strängen, die sich helixartig winden, wobei gegenüberliegnde Basen über Wasserstoffbrückenbindungen zu A-T und G-C gepaart werden.
Äußere Einwirkungen wie UV-Strahlung, radioaktive Strahlung oder bestimmte Chemikalien oder auch spontane Mutationen können zu Fehlern beim Aufbau der DNA führen, wie z.B. einer falschen Basenpaarung. Diese Fehler treten laufend auf, und können, wenn sie nicht repariert werden, z.B. zur Produktion fehlerhafter Proteine führen und schwerwiegende Erkrankungen verursachen. Lindahl, Modrich und Sancar entdeckten die wichtigsten Reparaturmechanismen, um DNA-Fehler zu reparieren. Eine entscheidende Rolle bei der DNA-Reparatur spielen Enzyme (Reparaturenzyme) wie z.B. die Glykosylase, die Photylase oder die DNA-Polymerase. Nichts desto trotz bleiben einige Fehler wichtig, d.h. eine 100-prozentige DNA-Reparatur ist gar nicht sinnvoll, da mittels „fehlerhafter“ Mutationen die Evolution voranschreiten und neue, besser angepasste Varianten erschaffen kann.