Doktorarbeit zum Zellstoffwechsel ausgezeichnet

Dr. Nana-Maria Grüning hat in ihrer Doktorarbeit aufgeklärt, wie Zellen ihren Stoffwechsel regulieren und so auf schnelle und effiziente Weise selbst stabil halten. In Zukunft könnte es aufgrund dieser Erkenntnisse vielleicht möglich sein, den Mechanismus zu unterbinden, der Krebszellen ein schnelles Wachstum ermöglicht. Dr. Grüning hat am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in der Arbeitsgruppe „Molekularbiologie des Metabolismus“ von Dr. Markus Ralser promoviert.

Zellen eines komplexen Organismus wie die des Menschen sind eigenständige und selbst erhaltende Systeme, die Nährstoffe aufnehmen können. Durch die Zellatmung wird Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) erzeugt. Als Nebenprodukt entstehen jedoch auch freie Sauerstoffradikale (ROS). Diese können Zellbestandteile oxidieren und somit beschädigen. Deshalb besitzt die Zelle Abwehrmechanismen, die freie Radikale neutralisieren und abbauen können.

Nana-Maria Grüning untersuchte Stoffwechselwege in Hefezellen sowie deren Umleitungen unter geänderten Bedingungen mit Hilfe genetischer und analytischer Methoden, auf die sich die Gruppe um Markus Ralser spezialisiert hat.

„Der Ausgangspunkt für meine Arbeit war, dass wir nicht wussten, wie das Enzym Pyruvatkinase (PYK) die Zellatmung reguliert. Aber es war bekannt, dass es eine wichtige Rolle in der Atmungsaktivität von Krebszellen spielt. Wir wollten herausfinden, welche Konsequenzen eine sich ändernde Aktivität dieses Enzyms auf den Stoffwechsel hat. Wir konnten belegen, dass Hefezellen viel mehr atmen, wenn sie wenig PYK-Aktivität haben. Es kommt gleichzeitig aber auch zu anderen Veränderungen des Stoffwechsels, die Zellen dabei helfen, die in der Atmung entstehenden oxidierenden Substanzen zu neutralisieren und sich selbst vor Schäden zu schützen. Das war völlig neu und hat uns selbst sehr überrascht“, so die junge Forscherin.

Ihre herausragende Leistung ist die Erkenntnis, dass die Regulation des Energiestoffwechsels (Atmung) und des Redoxstoffwechsels (Neutralisierung der freien Sauerstoffradikale) synchron ablaufen und die Zelle durch veränderte Metabolitflüsse ihren Stoffwechsel auf schnelle und effiziente Weise selbst stabil hält. Die Geschwindigkeit der Anpassung an wechselnde Bedingungen ist maßgeblich für ihr Überleben. „Würde die Reaktion der Zelle nur über die Genaktivierung gehen, würde das viel zu lange dauern. Der schnellere Weg läuft rein auf Enzym- und Metabolitebene ab“, erläutert Grüning.

Dr. Grüning hat ihre Dissertation „Regulation of the Eukaryotic Redox-State through Metabolic Reconfiguration” an der Freien Universität Berlin eingereicht, sie wurde mit summa cum laude bewertet. Die Ergebnisse wurden in hochrangigen Journalen, darunter Cell Metabolism, veröffentlicht. Prof. Hans Lehrach, Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik und Mitglied der prüfenden Promotionskommission von Dr. Grüning, würdigt die Leistung der jungen Forscherin: „Frau Grüning hat während ihrer Promotion eine außergewöhnliche Produktivität und Qualität gezeigt, wie ich sie während meiner wissenschaftlichen Laufbahn nur selten gesehen habe. Sie konnte einen großen Beitrag dazu leisten, dass eine weit bekannte Hypothese des Tumorstoffwechsels widerlegt und gleichzeitig eine neue erstellt wurde.“ Nana-Maria Grünings Doktorarbeit weise höchstes wissenschaftliches Niveau auf. Sie hat ihre Arbeit in weniger als drei Jahren verfasst und konnte so bereits mit 28 Jahren einen starken Beitrag auf ihrem Forschungsgebiet leisten.

Nana-Maria Grüning forscht seit Februar 2012 als Postdoktorandin an der University of Cambridge in England.

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