Schweiz

Walter Gehring

Balzan Preis 2002 für Entwicklungsbiologie

Für seinen grundlegenden Beitrag zur Entdeckung des universellen Prinzips, das dem Körperbau und der Entwicklung des Auges bei Metazoen zugrunde liegt.

Walter Gehring (*1939 – †2014) ist ein Pionier auf dem Gebiet der molekularen Entwicklungsbiologie. Seine Entdeckung der Homeobox hat neue Forschungswege eröffnet und dabei geholfen, ein seit langem offenes Problem der Embryologie zu lösen: Wie wird der Körperbauplan bei der Entwicklung von mehrzelligen Organismen während der Embryogenese festgelegt?
Gehring hat in Zürich bei dem Schweizer Genetiker Ernst Hadorn gelernt und der Organismus, an dem er seine Untersuchungen durchführte, war die Taufliege Drosophila. Bereits als Doktorand hat er bei Drosophila eine neue Mutation entdeckt, die er Antennapedia (Antennenbein) nannte und bei der die Fühler (Antennen) durch Beine ersetzt sind. Während der darauffolgenden dreissig Jahre blieb die Taufliege Drosophila als Modellsystem im Mittelpunkt seiner wissenschaftlichen Arbeit. Im Laufe der Jahre wurden weitere Gene entdeckt, deren Mutationen einen Körperabschnitt in einen anderen umwandeln.

Diese sogenannten homeotischen Mutationen wurden in den Vereinigten Staaten von Edward Lewis mit den Methoden der klassischen Genetik untersucht. Als die gentechnologischen Methoden zur Verfügung standen, glückte es Walter Gehring das Gen Antennapedia zu klonieren. Kurz darauf wurden in Walter Gehrings und verschiedenen anderen Labors weitere homeotische Gene geklont. Es gelang dem genialen Wissenschaftler Gehring sodann (und unabhängig von den gleichzeitig in den Vereinigten Staaten durch das Forschungsteam von Matthew Scott durchgeführten Untersuchungen) nachzuweisen, dass alle homeotischen Gene eine gemeinsame Reihenfolge von 180 Nukleotiden aufweisen, die er als Homeobox bezeichnete.
Zusammen mit Eddy De Robertis war er der erste der nachweisen konnte, dass die Homeobox-Gene im Verlaufe der Evolution in allen Bilateria Metazoen konserviert sind, wo ihnen für die Festlegung des Körperbauplans eine Schlüsselrolle zukommt. In Zusammenarbeit mit Kurt Wüthrich hat Walter Gehring sodann die dreidimensionale Struktur der Homeodomäne und deren Bindung an die DNA im atomaren Bereich geklärt.

Er hat nachweisen können, dass sich die Homeodomäne an spezifische DNA-Sequenzen der Promotorregion gewisser Gene bindet. Dies erlaubt die Annahme, dass die Homeobox enthaltenden Gene für Transkriptionsfaktoren kodieren, welche die Aktivität anderer Gene regulieren. Auf Grund dieses Prinzips werden die Homeobox-Gene auch als Master Kontrollgene bezeichnet.
Walter Gehring hat eine weitere wissenschaftliche Entdeckung von grosser Tragweite auf dem Gebiet der Entwicklungsbiologie gemacht. Er konnte zeigen, dass das (Homeobox enthaltende) Pax6-Gen für das Gen-Netzwerk bei der Augenentwicklung in allen Organismen und damit auch beim Menschen unabdingbar ist.
Mutationen, in denen das Pax6-Gen oder seine homologen Gene (Eyeless in der Taufliege, Small eye bei der Maus, Aniridia beim Menschen) fehlen, blockieren die Augenentwicklung in ihren frühesten Stadien. Die Bedeutung von Pax6 wurde 1995 von Walter Gehring dank seines besonders eleganten Experiments dargelegt, indem die ektopische Expression dieses Gens in Drosophila die Bildung eines Komplexauges an unerwarteten Stellen induziert: auf den Beinen, auf den Flügeln oder auf den Fühlern der Taufliege. Ferner wurde die Konservierung dieser genetischen Kontrolle im Verlaufe der ganzen Evolution durch die Austauschbarkeit der Insekten- und Säugetiergene nachgewiesen.

Diese Experimente haben zu einer neuen Fachrichtung geführt, einer Verbindung zwischen Evolution und Entwicklung (development), die kurz als „Evo-Devo“ bezeichnet wird. Die wissenschaftlichen Versuche haben in dieser Fachrichtung in der Tat ein äusserst spektakuläres Ergebnis erbracht, wobei bewiesen werden konnte, dass ein und dieselben Gen-Netzwerke im Tierbereich zu unterschiedlichen Augentypen führen. Damit konnte Walter Gehring ein altes Problem der Evolutionsbiologie lösen.
Die aussergewöhnliche Bedeutung dieser Entdeckungen rechtfertigen im besonderen Masse die Verleihung des Balzan-Preises 2002 für Entwicklungsbiologie an diesen grossen Wissenschaftler.