Nobelpreis für Medizin 1998

News: Nobelpreis für Medizin 1998

Es ist klein, es ist extrem reaktionsfreudig, und es ist an der Regulation vieler physiologischer Abläufe beteilgt: Stickstoffmonoxid (NO) ist ein Gas, das von der einen Zelle produziert wird, durch die Membranen diffundiert und schließlich in einer anderen Zelle verschiedene Prozesse auslöst. Für ihre Entdeckung von 'Stickstoffmonoxid als Signalmolekül im Herzkreislaufsystem' wurden Robert F. Furchgott, Louis J. Ignarro und Ferid Murad (alle USA) 1998 mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet.

Der Pharmakologe Robert F. Furchgott stand bei seinen Untersuchungen zu den Effekten verschiedener Medikamente auf die Blutgefäße vor dem Problem, daß ein und dieselbe Substanz unterschiedliche Wirkungen erzielte: Mal verengte sie die Adern, mal wirkte sie erweiternd. Im Jahre 1980 konnte er das Rätsel teilweise lösen, indem er zeigte, daß Blutgefäße sich in Gegenwart von Acetylcholin nicht mehr erweitern, wenn man die sie innen auskleidende Endothelschicht herauslöst. Diese grenzt direkt an die Gefäßmuskulatur, und auf ihr sitzen die Acetylcholin-Rezeptoren, wie Furchgott in einer Versuchsreihe nachwies. Zuvor war angenommen worden, daß die Gefäß-erweiternde Wirkung des Acetylcholins auf eine direkte Wechselwirkung des Signalstoffes mit den Muskelzellen zurückzuführen sei – analog zum verengenden Effekt des Noradrenalins. Furchgott folgerte nun, daß die Endothelzellen nach Andocken des Acetylcholins ein unbekanntes Signalmolekül produzieren, welches sie an die glatte Muskulatur weitergeben. In Ermangelung weiterer Merkmale wurde das Molekül EDRF (nach englisch endothelium-derived relaxing factor) genannt.

Die Suche nach dem EDRF gestaltete sich äußerst schwierig. Auch Louis J. Ignarro gelang es zunächst nicht, den Signalstoff zu identifizieren. Die Wissenschaftler fanden jedoch heraus, daß EDRF die Bildung von cyclischem Guanosinmonophosphat (cGMP) stimuliert, einem sogenannten sekundären Boten, der das Signal von primären Boten wie Neurotransmittern und Hormonen in der Zelle weitergibt.

Neue Impulse erhielt die Suche durch die Arbeiten von Ferid Murad, der nach dem Wirkmechanismus von Nitroglycerin bei Herzanfällen forschte. Die Substanz bringt fast sofort Erleichterung, indem es die Herzkranzgefäße und die dem Herzen Blut zuführenden Venen erweitert. Murad fand, daß Nitroglycerin keinen direkten Effekt hat, wohl aber das daraus freigesetzte Stickstoffmonoxid. Es bewirkt die Relaxation der Gefäßmuskulatur dadurch, daß es die Bildung von cGMP anregt – wie auch der Entspannungsfaktor EDRF.

1986 schließlich postulierten Furchtgott und Ignarro, die Aktivität des gesuchten Entspannungsfaktors könne auf NO oder eine sehr ähnliche Verbindung zurückgehen. Ein Jahr später gelang dann der Nachweis, daß EDRF identisch mit Stickstoffmonoxid ist: Salvador Moncada und seine Mitarbeiter von den Forschungslaboratorien der Firma Wellcome in Beckenham (England) hatten Endothelzellen veranlaßt, EDRF freizusetzen und beobachteten, wie glatte Muskulatur sich daraufhin entspannte. Gleichzeitig registrierten sie, wieviel Stickstoffmonoxid das Blutgefäß-Endothel abgab – es war genug, um alleine die Muskelrelaxation zu bewirken. Das bedeutete, daß NO der entspannende faktor EDRF ist. Kurz darauf bestätigte die Gruppe um Ignarro diese Ergebnisse.

Die Entdeckung, daß eine so simple Substanz wie NO für eine Reihe wichtiger Funktionen im menschlichen Körper verantwortlich ist, war eine Sensation. Stickstoffmonoxid ist ein weit verbreiteter Bestandteil in verschmutzter Luft, wie sie zum Beispiel im Straßenverkehr entsteht. Die berüchtigte Schädlichkeit von NO beruht auf seiner Eigenschaft als freies Radikal: Es weist ein ungepaartes Elektron auf und ist deshalb äußerst reaktionsfreudig. Im Körper reagiert es innerhalb von zehn Sekunden zu Nitrit oder Nitrat. Daß Stickstoffmonoxid in Bakterien vorkommt, war schon länger bekannt – allerdings hatte niemand erwartet, es auch bei Säugetieren anzutreffen.

Heute ist bekannt, daß NO als Signalmolekül im Nervensystem arbeitet, im Kampf gegen Infektionen aktiv ist, den Blutdruck mitreguliert und den Blutfluß zu verschiedenen Organen steuert. Es wirkt gegen Artherosklerose, wird manchmal bei Patienten auf der Intensivstation dem Atemgas beigemischt, erniedrigt gefährlich hohen Blutdruck bei Neugeborenen, hilft bei Impotenz und könnte möglicherweise bei der Krebstherapie von Nutzen sein. NO ist am Riechprozeß beteiligt und ist vielleicht sogar für das Gedächtnis wichtig.

Bemerkenswert ist noch, daß der explosive Stoff im Dynamit – dem der Erfinder Alfred Nobel seinen Reichtum verdankt – das gleiche Nitroglycerin ist, das seit Ende des vorigen Jahrhunderts gegen Herzkrankheiten verschrieben wurde. Als Nobel an Angina pectoris litt, schrieb er einem Freund: "Es kommt mir vor wie eine Ironie des Schicksals, daß ich nun auf ärztliche Verordnung hin Nitroglycerin vielleicht noch schlucken soll." Immerhin hat es noch gut 100 Jahre gedauert, bis geklärt wurde, daß Nitroglycerin durch Freisetzung von Stickstoffmonoxidgas seine Wirkung entfaltet.

Zu der Wirkungsweise von Stickstoffmonoxid bietet die Nobel Foundation eine Animation und Bilder.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 12.5.1998
"Stickstoffmonoxid verspricht 'Revolution' im Kampf gegen Durchfall"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 7/92, Seite 72
"Stickstoffmonoxid – Regulator biologischer Signale"

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