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Thomas U. Mayer - Forschung für Ästheten

Sein Hauptforschungsgebiet ist die Zellteilung, von der er sagt, sie sei nicht nur ein interessanter sondern ein "schöner, ästhetischer" Prozess. Der Biologe Prof. Dr. Thomas U. Mayer hat an der Universität Konstanz den Lehrstuhl für molekulare Genetik inne. Bei seiner Arbeit setzt er auf die Zusammenarbeit mit den Kollegen aus der Chemie.

Seit knapp einem Jahr ist Prof. Mayer nun in Konstanz und damit an einer Elite-Universität. Dieser Status war für ihn ein wichtiger Grund, an den Bodensee zu kommen, sagt er. Allerdings nicht aus persönlicher Eitelkeit, sondern weil Bestandteil der Elite-Uni die Graduiertenschule „Chemische Biologie“ ist. Und diese enge Zusammenarbeit der beiden Fachgebiete ist genau das, was ihn reizt und perfekt zu seinem Forschungsansatz passt. Denn Prof. Mayer versucht, den Geheimnissen der Mitose mit Hilfe niedermolekularer chemisch-synthetisierter Verbindungen auf die Spur zu kommen.
Professor Thomas Mayer sitzt am Schreibtisch in seinem Büro.
Prof. Thomas U. Mayer setzt auf die Zusammenarbeit von Biologen und Chemikern © Keller-Ullrich
An der Mitose interessieren ihn vor allem drei Fragen. Zum einen welche Proteine am Aufbau der bipolaren Spindel beteiligt sind. Zum anderen, wie dieser Prozess reguliert wird, denn er muss hundertprozentig korrekt ablaufen, damit die genetische Information in den Tochterzellen exakt erhalten bleibt. Und drittens ist noch nicht vollständig geklärt, wie die Trennung von Zytoplasma und die Trennung der Chromosomen koordiniert wird.
Interessant sind diese Fragen zum einen für Grundlagenforscher, die erklären wollen, wie ein so elementarer Prozess wie die Zellteilung genau funktioniert. Zum anderen hat die Mitose auch klinische Relevanz, etwa bei der Entstehung von Tumoren oder von Trisomien.

Biologen und Chemiker als Partner

Mit der chemischen Biologie verknüpft Mayer zwei verschiedene Methoden. Um herauszufinden, welche Funktion ein bestimmtes Protein in einer Zelle ausübt, „machen Biologen etwas kaputt und schauen dann, was passiert,“ erklärt er. Das Problem dabei ist, dass dies ziemlich lange dauert. Genetische Manipulation oder selbst die sehr spezifische RNAi, braucht zwei bis drei Tage. Die Mitose läuft aber in einer Stunde ab.
Und hier kommen die Chemiker ins Spiel, die mit bestimmten Substanzen die erwünschten Effekte in wesentlich schnellerer Zeit erzielen können, immer vorausgesetzt, die richtige ist gefunden. Mit Hilfe der Kollegen aus der Chemie sucht Prof. Mayer nach passgenauen Molekülen, mit denen jeweils ein bestimmtes Protein inhibiert werden kann. „Für mich sind die Chemiker gleichberechtigte Partner und nicht nur Zulieferer für Substanzen,“ sagt Prof. Mayer.

Niedermolekulare Verbindungen entfalten ihre Wirkung innerhalb von Sekunden. Die betroffenen Proteine lassen sich somit exakt ein- oder ausschalten: ihre Funktion ist schnell und reversibel. Das klingt zwar einfach und logisch doch in der Praxis heißt dies, dass Tausende verschiedener Substanzen getestet werden müssen, bis einige wenige tatsächlich interessante Kandidaten übrigbleiben. Bei der Suche nach der berühmten Nadel im Heuhaufen verspricht die enge Zusammenarbeit von Biologen und Chemikern mehr Erfolg. „Wichtig sind die Ideen der Chemiker, die eigene Moleküle synthetisieren,“ erläutert Mayer.

Substanzen identifizieren und optimieren

Mitotische Zellen ohne (links) und mit Monastrol-Behandlung
Alle bisher bekannten antimitotischen Substanzen wirken auf die Mikrotubuli. Eine Ausnahme stellt Monastrol dar, welches Prof. Mayer bei seiner Forschung am „Institut für Chemie und Zellbiologie“ der Harvard-Medical School entdeckt hat. Im Jahr 2000 erhielt er dafür den Maier-Leibnitz-Preis. Monastrol inhibiert das Motor-Protein Eg5, was zu einem Effekt führt, der auch für den Laien leicht erkennbar ist. Statt einer Spindel bildet sich genau der umgekehrte Effekt: es entsteht eine Aster.

Eg5 ist ein attraktives Target, weil es ausschließlich in mitotischen Zellen vorhanden ist und diese Spezifität wichtig ist für ein Therapeutikum, erklärt Prof. Mayer. Allerdings ist Monastrol wenig potent, daher werden weitere Eg5 Inhibitoren getestet und Substanzen die auf andere Motor-Proteine wirken untersucht. Zum einen geht es darum, weitere Substanzen zu identifizieren zum anderen darum, diese zu optimieren, was beispielsweise Löslichkeit, Haltbarkeit oder Wirksamkeit angeht.

Besonderes interessiert den Forscher, wie der Mechanismus des Stop-Signals funktioniert, der aktiviert wird, wenn Chromosomen nicht korrekt angeheftet sind. Dieser Mechanismus ist sehr wichtig, um sicherzustellen, dass alle 46 Chromosomen in einer menschlichen Zelle exakt auf die Tochterzellen aufgeteilt werden. Obwohl man inzwischen weiß, dass die Zelle in der Lage ist, ein einzelnes fehlerhaft angeordnetes Chromosom zu erkennen und daraufhin die Zellteilung anzuhalten, liegen nur geringe Erkenntnisse über die Signalwege vor. Informationen darüber würden Einblicke verschaffen, wie die ungleiche Verteilung von Chromosomen zur Entstehung von Tumorzellen beitragen kann.

Wie die einzelnen Phasen der Mitose ablaufen, hat Walther Fleming bereits im 19. Jahrhundert mit einer „unglaublichen Präzision“ gezeichnet, erklärt der Biologe. Diese Bilder und auch diejenigen, die moderne Mikroskope liefern, sehen auch für Fachfremde ästhetisch ansprechend und faszinierend aus. Es ist tatsächlich ein „schöner Prozess“, der den Forscher beschäftigt. Doch es gibt für Thomas Mayer auch ein Leben außerhalb der Universität. Wenn er nicht am Schreibtisch sitzt oder im Labor steht, geht er gern in die Berge, im Sommer mit dem Mountainbike, im Winter auf Skitouren. „Das ist wichtig als Ausgleich,“ sagt er „und außerdem kommen mir dabei die besten Ideen.“ Ganz Abschalten kann er eben auch in der Freizeit nicht.

mek – 05.09.2008 © BIOPRO Baden-Württemberg GmbH

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Thomas U. Mayer
Fachbereich Biologie
Universität Konstanz
Universitätsstraße 10
Postfach M 613
78457 Konstanz
Tel.: 07531 88-3707
Fax: 07531 88-4036
E-Mail: thomas.u.mayer@uni-konstanz.de



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