Wenn die Chemie stimmt
Christoph Arenz forscht an der Humboldt-Universität zu Berlin an einer speziellen Lipidklasse
Christoph Arenz, Professor am Institut für Chemie der HU, forscht an einer speziellen Lipidklasse. Was auf den ersten Blick abstrakt klingt, findet in der Medizin konkrete Anwendung. So wird Grundlagenforschung zum diagnostischen Werkzeug.
Wenn Christoph Arenz über seine Arbeit spricht, ist er buchstäblich in seinem chemischen Element. Der Professor am Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) forscht an Lipiden. Dabei handelt es sich um chemische Verbindungen, die nicht wasserlöslich sind und sich deshalb innerhalb einer Zelle nicht einfach frei von A nach B bewegen können: „Lipide brauchen einen Chauffeur, sie haben keinen Führerschein.“
Diese spezielle Stoffklasse, die sogenannten Sphingolipide, haben also ein Transportproblem, sie bilden im menschlichen Körper das Grundgerüst der Zellmembran. Arenz und sein Team forschen daran, wie diese molekularen Passagiere durch die Zelle gelangen, wie ihr Stoffwechsel gesteuert wird und was passiert, wenn dabei etwas schiefläuft.
Was auf den ersten Blick sehr abstrakt klingt, findet bei genauerer Betrachtung ganz konkrete Anwendung in speziellen Bereichen der Medizin. Es ließe sich sogar sagen, dass seine Forschungsarbeit hilft, seltene Krankheiten zu heilen. „Wir sind quasi die Vermittelnden zwischen Chemie und Medizin“, sagt Arenz. Häufig kämen Mediziner und Biologinnen mit ihren Fragestellungen auf ihn zu, wenn ihnen beispielsweise Werkzeuge fehlen, um Vorgänge sichtbar zu machen: „Wir versuchen dann auf der molekularen Ebene Lösungen zu finden.“
Arenz verdeutlicht die Zusammenarbeit am Beispiel zweier seltener Krankheiten, die Kinder ab der Geburt treffen können. Die Niemann-Pick-Krankheit der Typen A und B ist eine davon, eine sogenannte Speicherkrankheit. Den betroffenen Kindern fehlt die ausreichende Aktivität eines Enzyms, das Sphingomyelin abbaut. Das Lipid gelangt normalerweise in das Lysosom, den „Magen der Zelle“. Dort wird es zerlegt. Fehlt das Enzym, reichert sich immer mehr molekularer Müll an, sodass die Zelle nicht mehr funktioniert.
Bei Typ A ist auch das Gehirn betroffen. Die Lebenserwartung der Kinder beträgt oft nur zwei bis drei Jahre. Bei Typ B bleiben die neurologischen Schäden aus, doch Leber und Milz können massiv anschwellen, die Lungenfunktion ist eingeschränkt. Entscheidend sind winzige Unterschiede in der Enzymaktivität. „Erhöht sich der Wert von fünf auf zehn Prozent, wäre die Krankheit heilbar“, sagt Arenz. Selbst ein Anstieg von fünf auf sechs Prozent könne „zehn gesunde Jahre mehr“ bedeuten.
Das Problem: Die Aktivität des Enzyms in lebenden Zellen Erkrankter präzise zu messen, ist schwierig. Arenz' Team hat eine Technologie entwickelt, die genau das ermöglicht. Sie funktioniert dort, wo auch das Enzym arbeitet: im sauren Milieu des Lysosoms. Damit lässt sich unmittelbar verfolgen, ob ein Wirkstoff die fehlende Aktivität wiederherstellt: „Das können nur wir, da wir chemische Sonden entwickelt haben, mit denen wir direkt in der Zelle die Enzymaktivität messen können“, sagt Arenz.
Für eine geplante klinische Studie ist das entscheidend. Die Kinder erhalten bereits alle zwei Wochen ein Enzym gespritzt. Doch dieses kann die Blut-Hirn-Schranke nicht passieren. Ein aus kleinen Molekülen bestehendes, bereits zugelassenes Medikament für eine ähnliche Erkrankung könnte theoretisch helfen. Mit der chemischen Sonde will das Forschungsteam nun kurz vor der nächsten Enzyminjektion messen, ob der zusätzliche Wirkstoff die Enzymaktivität verändert. Dies kann direkt in den Blutzellen der Patientinnen und Patienten erfolgen.
Aktuell gibt es noch ein zweites Forschungsprojekt: Es geht um eine Erkrankung, bei der ein Enzym nicht zu wenig aktiv ist, sondern zu stark. Die Krankheit wurde erst vor wenigen Jahren entdeckt, sie ist nicht genetisch bedingt, es handelt sich um spontane Punktmutationen, die zu Entwicklungsstörungen und Deformationen des Gehirns führen. Auch hier ist Arenz‘ Erfahrung gefragt, er arbeitet zusammen mit Forschenden aus Lausanne, einem Neurologen aus New York und einer Ärztin in Chicago, die ein betroffenes Kind betreut.
„Wir machen mit chemischen Mitteln Diagnostik und Manipulation von biologischen Prozessen in einer Zelle“, sagt der Wissenschaftler. Genau darin sieht er seine Aufgabe. Es werden Moleküle entworfen, organisch synthetisiert und in lebenden Zellen getestet. Dafür sei es notwendig, beide Welten zu verstehen.
Arenz selbst wechselte nach der Promotion als Chemiker für vier Jahre in die Molekularbiologie. Deshalb liegen sein Schwerpunkt und seine Expertise darin, sowohl mit Biologinnen als auch mit Medizinern reden zu können: „Alle sprechen immer von Interdisziplinarität, aber sie ist immer noch die größte Hürde.“
Heike Gläserfür Adlershof Journal