Vincristin

Vincristin ist ein pflanzliches Alkaloid aus dem Madagaskar-Immergrün (Catharanthus roseus), das strukturell eng mit Vinblastin verwandt ist. Beide gehören zu den sogenannten Vinca-Alkaloiden und wirken zellteilungshemmend. Vincristin wird in der Medizin insbesondere zur Behandlung von Leukämien, Lymphomen und bestimmten soliden Tumoren eingesetzt.

Vincristin greift in den Mikrotubuli-Stoffwechsel der Zellen ein. Es bindet an das Protein β-Tubulin und verhindert die Polymerisation der Mikrotubuli, wodurch der Spindelapparat während der Mitose nicht korrekt aufgebaut werden kann. Die Zellen bleiben in der Metaphase der Teilung „stehen“ und sterben ab. Da Tumorzellen besonders schnell wachsen, trifft dieser Mechanismus vor allem sie.

Wie Vinblastin entsteht auch Vincristin durch die Verknüpfung zweier Alkaloid-Vorstufen: Catharanthin und Vindolin. Die Unterschiede liegen in den enzymatischen Feinstrukturen, die zu leicht abgewandelten Endprodukten führen. Beide Moleküle teilen den größten Teil ihres Biosynthesewegs, der in mehreren Zelltypen abläuft und eine präzise Koordination von Genaktivität, Transport und Enzymreaktionen erfordert.

Forschende des Max-Planck-Instituts für Chemische Ökologie konnten durch die Kombination von Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) und Einzelzell-Massenspektrometrie zeigen, in welchen Zellen diese Alkaloide gebildet und gespeichert werden. Dabei wurden insbesondere sogenannte Idioblasten als Hauptspeicherzellen identifiziert.

Da die natürliche Gewinnung von Vincristin aufwendig und kostenintensiv ist, wird intensiv an alternativen Produktionswegen geforscht. Dazu gehören Pflanzenzellkulturen, Mikroorganismen mit synthetischen Biosynthesewegen oder Transkriptom-gestützte Enzymidentifikation. Ziel ist es, Vincristin und verwandte Alkaloide in reproduzierbarer Qualität und ohne hohen Ressourcenverbrauch herzustellen.