Ein Interview mit John Gurdon / Entwicklung

Ihre erste Arbeit wurde 1954 veröffentlicht und befasste sich nicht mit Embryologie, sondern mit Entomologie. Wie kam es dazu?

Nun, dieses frühe Papier wurde in der Monatszeitschrift des Entomologen veröffentlicht. In meinem frühen Leben interessierte ich mich sehr für Insekten und sammelte Schmetterlinge und Motten. Als Student nahm ich mir gerne eine Auszeit und ging nach Wytham Woods in der Nähe von Oxford, um zu sehen, was ich finden konnte. Also ging ich an einem kalten Frühlingstag hinaus und es gab keine Schmetterlinge oder Motten, aber aus dem Nichts gab es eine Fliege – ich fing sie, steckte sie in meine Flasche und schaute sie mir an. Das erste, was offensichtlich war, war, dass es keine Fliege war, es war ein Hymenoptera, aber als ich versuchte, es zu identifizieren, konnte ich einfach nicht herausfinden, was es war. Ich mag es nicht, besiegt zu werden, also ging ich zum Hope Department in Oxford und sie wussten auch nicht, was es war, und dann zum Natural History Museum, wo mir ein Kurator sagte, dass dies erstaunlicherweise eine Art war, die noch nie zuvor in England nachgewiesen wurde! Das war sehr irritierend für die Entomologie-Abteilung in Oxford, weil der Professor zu der Zeit eine große ökologische Studie über alle Insekten in diesen Wäldern hatte, und hier war ein Student, der gerade das erste gefangen hatte, was er finden konnte, und nahm eine neue Art auf. Also schrieb ich ein paar Absätze, in denen ich die Entdeckung ankündigte, und so kam ich zu diesem Papier.

Und hast du dich weiterhin für Insekten interessiert?

Nicht wirklich wissenschaftlich, obwohl ich immer wieder denke, dass ich darauf zurückkommen möchte, hauptsächlich weil die Farbmuster von Lepidopteren so bemerkenswert sind. Wir wissen wirklich fast nichts darüber, wie Farbmuster gebildet werden – bei jeder Art. Sie werden kein Gen haben, das einen Fleck auf einen Flügel legt, es ist ein komplizierterer Prozess, einschließlich der Diffusion von Molekülen. Ich denke immer wieder, dass ich das aufnehmen werde, wenn ich tatsächlich in Rente gehe, aber ich muss noch zu diesem Punkt kommen!

Vor einem halben Jahrhundert haben Sie mit Ihren Kerntransferexperimenten begonnen, und heute veröffentlicht Ihr Labor immer noch darüber. Warum hat ein so konzeptionell einfaches Experiment Ihrer Meinung nach eine so bemerkenswert lange Haltbarkeit?

Als ich diese frühen Kerntransferexperimente machte – und ich bin meinem Vorgesetzten Michael Fischberg sehr dankbar, dass er mich in diese Arbeit aufgenommen hat –, war die Frage damals, ob alle Zellen im Körper die gleichen Gene haben. Eine Möglichkeit, dies festzustellen, bestand darin, einen Zellkern aus einer Zellart zu nehmen, ihn in das Ei zu legen und zu sehen, ob er sich entwickeln kann. Dieses Experiment wurde bereits im späten 19.Jahrhundert konzipiert: Es gibt ein Papier von einem Mann namens Rauber, der ein Experiment beschreibt, bei dem ein Krötenkern in ein Froscheib gesteckt wurde, und einfach sagt, dass er kein Ergebnis erzielt hat, also ist es nicht klar, ob er das Experiment gemacht hat oder nicht!

Jedenfalls entwickelten Briggs und King, zwei Amerikaner, in den 1950er Jahren die Technik der Kerntransplantation, und Fischberg entschied, dass wir dies bei Xenopus versuchen sollten. Es gab einige sehr lästige technische Schwierigkeiten, die wir schließlich überwanden – sowohl durch Glück als auch durch Geschick – und das Endergebnis war, dass man im Wesentlichen eine normale Entwicklung erreichen kann, indem man den Kern einer spezialisierten Zelle, in diesem Fall einer Darmzelle, nimmt und sie in ein entkerntes Ei transplantiert. Das sagte eindeutig, dass die gleichen Gene in allen verschiedenen Arten von Zellen vorhanden sind.

Und dann gab es diese Lücke von 50 Jahren, bevor Yamanaka die induzierte pluripotente Stammzelltechnik entwickelte, die das Feld wirklich für nützliches klinisches Potenzial öffnete. Die Froschexperimente (und viele nachfolgende Arbeiten, einschließlich der Erzeugung von Dolly, dem Schaf in den 1990er Jahren) besagten, dass man einen spezialisierten Kern wieder zurück zum Anfang umkehren oder verjüngen kann, aber die klinische Translation wurde beim Menschen nur dann zu einer realistischen Möglichkeit, wenn Yamanaka zeigte, dass man keine menschlichen Eier oder Embryonen erhalten musste, um Stammzellen herzustellen. Diese Idee, dass man neue Zellen einer Art ableiten könnte, beginnend mit adulten Zellen einer völlig anderen Art, stimmte offensichtlich mit unserer Arbeit aus einem halben Jahrhundert zuvor überein, aber interessanterweise war dies absolut nicht offensichtlich, als diese frühen Experimente durchgeführt wurden. Die Umprogrammierung war nicht einmal das Ziel der Experimente. Ich stelle mir vor, ich würde heute keine Unterstützung für die Durchführung dieser Kerntransferexperimente erhalten, wenn sie nicht für die Neuprogrammierung beim Menschen relevant wären.

Die Frage ist also, wie funktioniert dieser Prozess? Was liegt der Fähigkeit des Eies zugrunde, einen Kern zu verjüngen? Wir waren immer an dieser Frage interessiert, aber sie wurde mit Yamanakas Experimenten immer interessanter. Und ich möchte darauf hinweisen, dass die Leute immer noch nicht wirklich wissen, warum das Yamanaka–Verfahren funktioniert – selbst nach zehn Jahren verstehen sie den Mechanismus nicht wirklich. Wir sind also der Ansicht, und es ist wahr, dass das Ei die Differenzierung im Vergleich zu überexprimierenden Transkriptionsfaktoren etwas besser umkehrt, und denken daher, dass Sie die Yamanaka-Faktoren nicht benötigen würden, wenn Sie wüssten, was alle Eikomponenten sind und wie sie mit den somatischen ausgetauscht werden können. Deshalb verfolgen wir aktiv den Mechanismus der Umprogrammierung durch das Ei, mit dem gleichen Verfahren wie vor 60 Jahren, aber mit einer ganzen Reihe neuer Wege, es zu untersuchen. Für mich veranschaulicht dies das interessante Prinzip, dass Arbeit, die zu einer Zeit geleistet wurde, im Lichte späterer Fortschritte eine spätere, viel größere Relevanz haben kann.

Wir verfolgen aktiv den Mechanismus der Umprogrammierung durch das Ei, mit dem gleichen Verfahren wie vor 60 Jahren, aber mit einer ganzen Menge neuer Wege, es zu untersuchen

Und was ist Ihr aktuelles Verständnis der molekularen Mechanismen der Umprogrammierung durch das Ei?

Es ist mit ziemlicher Sicherheit auf eine hohe Konzentration von Chromatinkomponenten, insbesondere Histonen, im Ei zurückzuführen. Es gibt zahlreiche Varianten von Histonen, in Bezug darauf, wie sie modifiziert werden, und ziemlich viele unserer jüngsten Arbeiten haben die Histonveränderungen beschrieben, die vom Ei einem ankommenden Kern auferlegt werden. Diese Chromatinveränderung ist vielleicht die erste Schlüsselstufe – es gibt eine bestimmte Histonvariante in Eiern, die sehr wichtig ist, und es ist wahrscheinlich, dass der Ersatz von adulten Chromatinkomponenten durch solche, die im Ei vorhanden sind, letztendlich dazu beiträgt, die Veränderung zu verursachen.

Dieses Problem hat zwei Aspekte. Eine davon ist, wie das Ei seine Bestandteile verwendet, um diejenigen des somatischen Kerns zu ersetzen und es so zu verjüngen? Die zweite ist, warum funktioniert die Neuprogrammierung nicht perfekt? Ich illustriere es gerne so: Es gibt einen Kampf zwischen dem Ei, das versucht, alles wieder in einen embryonalen Zustand zu verwandeln, und dem somatischen Kern, der genau das Gegenteil sein soll – er soll sich nicht ändern. Die meisten unserer Zellen verändern sich nicht, und es ist sehr wichtig, dass Zellen außerordentlich stabil sind. Das Ei versucht also, den Kern außer Kraft zu setzen, und der Kern versucht, ihm zu widerstehen; das sind die beiden komplementären Teile unseres Forschungsprojekts im Moment.

Um dies zu ergänzen, betrachten wir auch die Veränderungen, die an einem Spermienkern auftreten, die ihn so bemerkenswert empfänglich für die Neuprogrammierung machen; Letztendlich möchten wir den somatischen Kern in den gleichen Zustand wie das Sperma umwandeln, und dann sollte die Neuprogrammierung sehr gut funktionieren.

Während ich denke, dass die meisten Leser mit Ihren Umprogrammierungsexperimenten vertraut sein werden, möchte ich einige Ihrer anderen Arbeiten diskutieren. In einer Reihe von Arbeiten in den 1970er Jahren untersuchten Sie die Translation von injizierter RNA in Froscheizellen: kannst du uns etwas über diese Arbeit erzählen?

Das Experiment, das mich damals enorm ansprach und immer noch anspricht, ist die Injektion von Messenger-RNA (mRNA) in Eier. Ich habe diese Arbeit gemacht, als Leute, insbesondere Hubert Chantrenne in Belgien, zuerst mRNA isoliert hatten. Ich war ein guter Freund eines wunderbaren Mannes namens Jean Brachet und sagte ihm, dass ich wirklich gerne nicht Kerne, sondern mRNA in Eier verpflanzen würde. Er gab mir eine Einführung in Chantrenne, wer machte Kaninchen Globin RNA und gab uns einige, dank Brachet. Es war bekannt, dass das Zeug extrem RNase-empfindlich war, so dass man fast ein Bad in Chromsäure nehmen musste, bevor man etwas berührte! Hätte ich dieses Experiment als Zuschuss vorgeschlagen, wäre es abgelehnt worden, weil bekannt war, dass das Ei voller Ribonukleasen war: Empfindliche mRNA in eine Ribonukleinsäureumgebung zu bringen, würde keinen Sinn ergeben. Trotzdem funktionierte es erstaunlich gut – die Globin-Botschaft ging in Eier, und als die Eier zu Kaulquappen geworden waren, wurde immer noch Kaninchenglobin hergestellt. Der Grund für den Erfolg ist mit ziemlicher Sicherheit, dass die Mikroinjektion die Lysosomen, in denen die Ribonukleasen verteilt sind, nicht öffnet. Es gibt also ein weiteres interessantes Prinzip: Wenn dir jemand sagt, dass etwas nicht funktioniert, ist es viel besser, es zu versuchen, als sein Wort dafür zu nehmen. Und die mRNA-Injektion hat sich als sehr nützlicher Ansatz für alle möglichen Fragen erwiesen. Diese RNA-Experimente waren wirklich eine Ableitung der technologischen Ergebnisse des Kerntransfers – wenn es für Kerne funktioniert, was kann man sonst noch übertragen? Eddy de Robertis und ich hatten sogar eine Zeitung, die das Xenopus-Ei als lebendes Reagenzglas bezeichnete.

Sie interessierten sich auch für den Induktionsprozess und identifizierten einen ‚Gemeinschaftseffekt‘ bei der Induktion des Xenopus-Mesoderms. Was ist die Grundlage dieses Effekts?

Seit vielen Jahrzehnten transplantierten Menschen Gewebe – nehmen Sie ein Stück Gewebe und transplantieren Sie es auf einen anderen Wirt. Aber das Gewebe besteht offensichtlich aus vielen Zellen, die möglicherweise nicht alle gleich sind, und für mich war es immer wünschenswert, eine Einzelzelltransplantation durchzuführen. Und so habe ich viele davon gemacht, einzelne Vorläuferzellen von einem Teil des Embryos zum anderen bewegt, aber ich konnte es nie zum Laufen bringen – die Zellen starben immer. Es muss einen Grund gegeben haben, warum Sie mehrere Zellen erfolgreich transplantieren können, aber keine einzelnen Zellen. Das führte dazu, dass ich Injektionen von immer kleineren Zellzahlen durchführte. Es stellte sich heraus, dass transplantierte Zellen sekretierte Moleküle freisetzen – zum Beispiel Signalproteine –, die für sie notwendig sind, um etwas im Wirt zu tun. Eine einzelne Zelle hat Schwierigkeiten, viel mit dem zu tun, was sie absondert – die Konzentration ist zu niedrig –, aber mehrere Zellen bauen eine Konzentration auf, die hoch genug ist, um tatsächlich zu arbeiten. Dieser ‚Gemeinschaftseffekt‘ ist etwas analog zu dem Quorum, das in Bakterien identifiziert wird.

Was ist Ihre Perspektive, wo Entwicklungsbiologie als Feld heute ist? Was sind die Lücken in unserem Verständnis und was müssen wir tun, um die Lücken zu füllen?

Meine eigene Sicht der Entwicklung ist, dass man versuchen muss, die Dinge auf einzelne Entitäten einzugrenzen, sei es eine Zelle oder ein Kern oder ein Molekül, und ich werde oft verspottet, weil ich die Leute immer frage, in welcher Konzentration sich ihr Molekül befindet, und sie werden sagen, dass es keine Rolle spielt.

Ich würde sagen, dass Konzentration und Zeit die beiden entscheidenden Dinge in der Entwicklung sind. Sie müssen die Konzentration kennen, und Sie müssen wissen, wie lange es dort sein muss, um einen Unterschied zu machen – denn für Zellen kann eine bestimmte Konzentration eines Moleküls für ein paar Sekunden nicht die gleiche sein wie diese Konzentration für 10 Minuten. Ich würde also der Ansicht sein, dass uns in der Entwicklungsbiologie derzeit wirklich die Fähigkeit fehlt, die Konzentration von Proteinen analog zur Messung von Nukleinsäuren mittels PCR zu bestimmen.

Aus eigener Erfahrung war ich an Experimenten mit einem Protein namens Activin, einem TGF-β-Molekül, beteiligt. Erstaunlicherweise – und ich mag dieses Experiment immer noch – können Sie Blastelzellen nehmen, sie vollständig in Suspension dissoziieren und dann Activin in einer bekannten Konzentration für eine bekannte Zeit hinzufügen. Dann waschen Sie die Zellen und lassen Sie sie reaggregieren und fragen, wie sie sich differenzieren. Es stellte sich heraus, dass das Ergebnis – ob diese Zellen Ektoderm, Mesoderm oder Endoderm bildeten – nicht nur von der Menge an Activin abhing, sondern auch von der Zeit, in der Sie die Zellen darin badeten. Es war ein interessantes Prinzip, dass Konzentration und Zeit völlig unterschiedliche Auswirkungen haben können, je nachdem, welche man verändert und um wie viel.

Aber um erstaunliche Phänomene wie dieses in vivo wirklich zu verstehen, wird es wirklich wichtig sein, die Konzentration von Proteinen zu kennen, und ich denke, das fehlt uns im Moment völlig. In Zukunft werden wir nach und nach mit einzelnen Zellen, bekannten Konzentrationen, bekannten Zeitmengen arbeiten, und dann können wir verstehen, was bei diesen Differenzierungsereignissen vor sich geht.

Konzentration und Zeit sind die beiden entscheidenden Dinge in der Entwicklung

Ihre Arbeit wird wahrscheinlich klinisch am einflussreichsten auf dem Gebiet des Zellersatzes sein – was halten Sie von den aktuellen Herausforderungen und Perspektiven?

Ich denke, die Aussichten für den Zellersatz sind sehr gut, aber der wissenschaftliche Fortschritt könnte durch andere Dinge behindert werden. Das Beispiel, das ich oft verwende, ist die altersbedingte Makuladegeneration, bei der die Photorezeptoren absterben und Sie erblinden. Diese Photorezeptoren werden von pigmentierten Epithelzellen der Netzhaut unterstützt, und Forscher in London und anderswo können das Yamanaka-Verfahren verwenden, um dünne Schichten der Epithelzellen herzustellen und sie dann durch einen Prozess in das Auge einzuführen, der nicht komplizierter ist als der Linsenersatz. Wann immer ich darüber spreche, kommen Leute auf mich zu und fragen, wann sie es schaffen können. Die Antwort ist, dass sie es nicht dürfen, und der Grund geht meiner Meinung nach letztendlich auf rechtliche Fragen zurück. Wenn etwas schief geht, werden die Anwälte für riesige Mengen an Entschädigung kämpfen. Wenn Sie das Verfahren hundertmal durchführen und es einmal schief geht, werden neunundneunzig Menschen enorm davon profitieren, nicht blind zu werden, aber man wird eine so massive finanzielle Auszeichnung erhalten, dass die Ärzteschaft davor zurückschreckt. Ich denke, das ist eine echte Herausforderung für das Feld – der Widerstand der Ärzteschaft wegen möglicher rechtlicher und finanzieller Konsequenzen.

Sie haben bereits über die Bedeutung der Anleitung gesprochen Ihr Doktorvater, Michael Fischberg, und viele Ihrer Mentees haben von Ihnen als großem Mentor gesprochen. Was ist der Gurdon Führungsstil?

Nun, ich wäre hier sehr selbstkritisch – ich setze mich nicht eine Stunde pro Woche mit allen zusammen, um ihre Ergebnisse durchzugehen, ich warte nur, bis ich sie beim Kaffee sehe und frage, wie die Dinge laufen. Ich muss also ein schrecklich schlechter Mentor sein, wenn ich nicht wirklich regelmäßig und methodisch überprüfe. Aber ich denke gerne, dass die Leute etwas nur aus gewöhnlichen Gesprächen bekommen. Jemand wie Doug Melton war ein wirklich fantastischer Kollege, aber das war alles durch seine eigenen Fähigkeiten – ich kann mir nicht vorstellen, was er von mir bekommen hat! Ich versuche einfach, Leute, die in mein Labor kommen, davon zu überzeugen, an einem lohnenden Projekt zu arbeiten, und sie dann genießen zu lassen.

Ich möchte nur bemerken, dass Michael Fischberg wirklich ein bemerkenswerter und großzügiger Mentor war. Er brachte mich zu dieser nuklearen Transferarbeit, sagte mir, dass ich alles versuchen sollte, was ich wollte, und war äußerst unterstützend. Das allererste Papier über den Kerntransfer – er hat die Experimente nicht gemacht, aber er war ein Autor darüber, und das zu Recht. Aber danach, fast zu meiner Verlegenheit, sagte er ‚Du nimmst die Endoderm-Zellen, ich werde den Rest nehmen‘. Und so war er kein Autor auf den weiteren Papieren – es war bemerkenswert großzügig, wirklich.

Ich hatte vor zu fragen, ob Sie noch mit der Laborbank verbunden sind, aber ich bekam meine Antwort, als ich heute in Ihrem Büro ankam, als Sie die Medien für eine Charge Xenopus-Eier wechselten. Ist es Ihnen wichtig, diese Verbindung aufrecht zu erhalten?

Ich habe meine Laborarbeit immer beibehalten, auch wenn ich andere Dinge tat, und unterrichte meine Kollegen immer noch über Kerntransfer. Diese Verbindung zur Bank ist natürlich nicht für jeden realistisch, aber ich denke gerne, dass man dadurch manchmal Dinge entdeckt, die vielleicht nicht offensichtlich sind. Es macht keinen Sinn, dass ich PCR-Maschinen oder ähnliches benutze, und einer meiner Kollegen führt derzeit einen Western Blot für mich durch. Aber die Laborarbeit, die ich jetzt mache, hängt mehr davon ab, Wege zu finden, diese Zellen dazu zu bringen, das zu tun, was ich will – und das weiß ich gut.

Hat der Nobelpreis Ihr Leben spürbar verändert?

Nun ja, in dem Sinne, dass ich eine lächerliche Menge an Einladungen bekomme, die jetzt bei etwa 200 pro Jahr läuft. Sie können nicht anfangen, damit umzugehen – ich reise weniger als früher, und ich bin ziemlich wählerisch, was ich akzeptiere. Ich bekomme viele Einladungen nicht für meinen wissenschaftlichen Beitrag, sondern für mein Schulzeugnis, in dem mein Biologiemeister schrieb, dass ich als Wissenschaftler keine Chance hätte, erfolgreich zu sein, und das über meinem Schreibtisch eingerahmt ist. Diese Geschichte machte offensichtlich auch einen großen Eindruck.

Es gibt auch die Anerkennung der Öffentlichkeit. Sehr bald nach Bekanntwerden des Nobelpreises war ich zufällig in Südkorea. Als ich die Straße entlang ging, hielt mich jemand an und fragte, ob ich Dr. Gurdon sei, und sagte mir, mein Foto sei in der Zeitung. Es war wirklich bemerkenswert, die Berichterstattung, die der Preis bekam. Es ist natürlich auch schön für die Leute, meine Arbeit und Yamanakas zu schätzen, und dass die Leute über die Neuprogrammierung sprachen.

Gibt es etwas, was Entwicklungsleser überrascht über Sie erfahren würden?

Ich bin der Meinung, dass es wichtig ist, einigermaßen fit und gesund zu bleiben. Ich habe mich immer für verschiedene sportliche Aktivitäten interessiert, vor allem Skifahren, Skaten und Squash, Das waren meine Hauptaktivitäten, obwohl ich mich in den letzten Jahren dem Tennis vom Squash zugewandt habe.

Aber ich nehme an, was die Leser überraschen könnte, ist, dass ich ein völliger Nicht-Intellektueller bin. Ich lese einfach keine Bücher, ich hasse es zu lesen, und ich gehe auch nicht ins Theater. Wenn ich gefragt werde, warum ich nicht gerne lese, sage ich, dass es lange dauert, es ist viel einfacher, mit jemandem zu sprechen, der das Buch gelesen hat, und nach dem Endergebnis zu fragen! Ich interessiere mich nicht für Fiktion, es ist einfach nichts für mich. Ich bin also wirklich der ultimative Nicht-Intellektuelle.