Christian de Duve, dessen Labor in Löwen 1955 Lysosomen entdeckte und 1965 Peroxisomen definierte, starb am 4. Mai 2013 im Alter von 95 Jahren in seinem Haus in Nethen, Belgien. De Duve war der letzte einer Gruppe bedeutender physiologischer Chemiker, die in den 1940er und 1950er Jahren begannen, die subzelluläre Organisation biochemischer Signalwege zu erforschen und so die Entstehung der modernen Zellbiologie zu fördern. Christian De Duve, Albert Claude und George Palade erhielten 1974 den Nobelpreis „für ihre Entdeckungen zur strukturellen und funktionellen Organisation der Zelle.“
In:Christian de Duve.
De Duve wurde am 2. Oktober 1917 in Thames Ditton, Großbritannien, geboren, einer Stadt unweit von London, in der seine Familie während des Ersten Weltkriegs Zuflucht gesucht hatte. Nach einer klassischen Ausbildung an einer Jesuitenschule in Antwerpen trat De Duve 1934 in die Medizinische Fakultät der Katholischen Universität Löwen ein, ohne die Absicht zu haben, Wissenschaftler zu werden. Er schrieb eine studentische Lehre bei Joseph Bouckaert, der das Physiologielabor leitete, für sein Interesse an Grundlagenforschung. Ein Hauptanliegen von Bouckaerts Forschung war der Wirkungsmechanismus von Insulin. De Duve nahm an Experimenten teil, bei denen hepatektomierten Tieren ziemlich grobe Präparate des Hormons verabreicht wurden, was ihn dazu veranlasste, die Idee anzunehmen, dass Insulin hauptsächlich auf die Leber einwirkte, und untersuchte viele Jahre lang intensiv die Gültigkeit dieses Begriffs.
De Duve war in seinem letzten Jahr der medizinischen Fakultät, als die Deutschen 1940 in Belgien einmarschierten. Seine Beteiligung am Krieg war gering, da er als Sanitäter eingezogen wurde und bald nach Louvain zurückkehren konnte, um die medizinische Fakultät zu beenden. Zu diesem Zeitpunkt war de Duves Engagement für die Forschung jedoch zu stark, um eine Karriere in der Medizin zu verfolgen. Nach Abschluss einer Masterarbeit in Chemie in Louvain im Jahr 1946 verbrachte de Duve über ein Jahr als Postdoktorand in Stockholm bei Hugo Theorell, einem Pionier in der Erforschung oxidierender Enzyme, der 1955 den Nobelpreis erhielt. Theorells Labor bot de Duve einen idealen Ort, um die fortschrittlichsten Werkzeuge der Enzymologie zu erlernen, die für seine spätere Arbeit von zentraler Bedeutung waren. Seinem schwedischen Aufenthalt folgte ein Besuch im Labor von Carl und Gerty Cori in St. Louis, dem damaligen Mekka der Kohlenhydratforschung, wo er einige Monate mit Earl Sutherland zusammenarbeitete, mit dem er Glucagon als Kontamination von Insulin identifizierte Zubereitungen, die damals weit verbreitet waren. Glucagon wurde oft als „hyperglykämischer glykogenolytischer Faktor“ bezeichnet, und de Duve bezeichnete diese Arbeit später stolz als seine „Wiederentdeckung von Glucagon“.“ Sutherlands weitere Arbeiten zur hormonellen Kontrolle der Glykogenolyse führten ihn zur Entdeckung von cAMP, für die er 1971 den Nobelpreis erhielt.
1948 kehrte de Duve nach Louvain zurück, wo er seinem Interesse am Kohlenhydratstoffwechsel und der Wirkung von Insulin nachgehen wollte. Mit einer neu zusammengestellten Gruppe junger Mitarbeiter beschloss de Duve, die Hexose—Phosphatase zu charakterisieren, die nach der Wirkung der Phosphorylase auf Glykogen für die einzigartige Eigenschaft der Leber verantwortlich war, Glukose ins Blut freizusetzen. Die Forscher identifizierten eine Leberphosphatase, die spezifisch für Glucose-6-phosphat ist, und kamen zu dem Schluss, dass sie für diesen Effekt verantwortlich ist. Ihre nachfolgenden Versuche, dieses Enzym zu reinigen, brachten sie auf die Spur der Entdeckung von Lysosomen.
De Duve und seine Gruppe beobachteten, dass ein saurer pH-Wert eine irreversible Ausfällung der Glucose-6-Phosphatase verursachte, was de Duve zu dem Schluss führte, dass das Enzym mit agglutinierten Zytoplasmamembranen assoziiert sein könnte. Daher beschloss die Gruppe, die Verteilung des Enzyms in den verschiedenen Zellfraktionen zu verfolgen, die durch ein von Claude entwickeltes Verfahren aus Leberhomogenaten gewonnen werden konnten, das milde Homogenisierungsbedingungen verwendete und die Integrität subzellulärer Organellen erhalten sollte.
Es war das Glücklichste, dass im Verlauf dieser Experimente neben der Verteilung der Glucose-6-Phosphatase — die hauptsächlich in der von Claude—de Duves Gruppe als „Mikrosomen“ bezeichneten kleinen Granulatfraktion gefunden wurde – auch die Verteilung und Aktivität der sauren Phosphatase in den subzellulären Fraktionen verfolgt wurde, ein Enzym mit einem optimalen pH-Wert von 5 und einer sehr breiten Substratspezifität, das in fast allen Geweben vorkommt. Da dieses Enzym bei der Herstellung von Homogenaten in einem Waring-Mixer löslich war, erwarteten die Forscher, es im endgültigen Überstand zu finden, der durch Claudes Verfahren erhalten wurde. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Aktivität in allen Fraktionen und insbesondere in der großen Granulatfraktion, von der bekannt ist, dass sie die Mitochondrien enthält, in unterschiedlichem Maße vorhanden ist. Dieser Befund war rätselhaft, ebenso wie die Tatsache, dass die Summe der Aktivitäten in allen Fraktionen viel größer war als die Aktivität im gesamten Homogenat, dessen Aktivität viel geringer war als bei Verwendung des Waring-Mischers zur Homogenisierung. Diese faszinierenden Beobachtungen wurden im Dezember 1949 kurz vor einem Wochenende erhalten und hätten de Duves Gruppe von weiteren Studien über saure Phosphatase abhalten können, ein Enzym, das für sie schließlich nicht von großem Interesse war und als Kontrolle ausgewählt worden war. Es scheint ein Zufall zu sein, dass sie sich dennoch entschlossen haben, die Proben im Kühlschrank aufzubewahren und zu einem späteren Zeitpunkt erneut zu untersuchen. Die fünf Tage später erzielten Ergebnisse lenkten die Forscher auf einen neuen Weg, der sie zu ihrer Entdeckung führte, zuerst des Lysosoms und später des Peroxisoms.
De Duve und seine Gruppe fanden heraus, dass mit Ausnahme der Aktivität im Endüberstand die sauren Phosphatase-Aktivitäten in allen Fraktionen proportional angestiegen waren, ebenso wie im unverarbeiteten Homogenat, dessen Aktivität nun der Summe der Aktivitäten in allen Fraktionen entsprach. Sie zeigten bald, dass der Effekt des „Alterns“ der Fraktionen im Kühlschrank durch Behandlungen, die die Membranen stören, wie Homogenisierung mit dem Mixer oder wiederholte Gefrier-Auftau-Zyklen, wiederhergestellt werden kann. Auf dieser Grundlage schloss de Duve einsichtig, dass das „latente Enzym“ in „Membransäcken“ sequestriert wurde, die es für die Substrate unzugänglich machten.
Die Studien zur sauren Phosphatase veranlassten de Duves Gruppe, ein Verfahren zu entwickeln, das aus der mitochondrienreichen Fraktion eine „leichte mitochondriale Fraktion“ oder L-Fraktion trennte, die den größten Teil der sauren Phosphatase, aber sehr wenig Cytochromoxidaseaktivität enthielt. Tatsächlich gelang de Duves Labor die Reinigung einer neuen Organelle ausschließlich auf der Grundlage analytischer biochemischer Verfahren, die sich an Messungen spezifischer enzymatischer Aktivitäten orientieren, die heute als „Markerenzyme“ gelten.“ Die Feststellung, dass vier andere saure Hydrolasen – β-Glucuronidase, Cathepsin D, Ribonuklease und DNase – Latenz zeigten und ebenfalls in der L-Fraktion angereichert waren, veranlasste de Duve, das „Lysosomen“ -Konzept zu formulieren: das heißt, eine membrangebundene Organelle, die saure Hydrolasen mit verschiedenen Spezifitäten enthält und deren Hauptfunktion der intrazelluläre Aufschluss von Makromolekülen ist. Später, als Fortschritte bei der Aufklärung der breiten Funktion von Lysosomen erzielt wurden, De Duve prägte auch die Begriffe „Endozytose,““Phagozytose,“ und „Autophagie“, um Wege zu bezeichnen, die Substrate für die Verdauung in Lysosomen bringen und, heute, sind aktive Forschungsgebiete in der Zellbiologie.
Bemerkenswerterweise gelangte de Duve zum Lysosomenkonzept, ohne auf eine mikroskopische Untersuchung seiner Proben zurückzugreifen. Tatsächlich gab es in seinem Labor kein Mikroskop und er betitelte seine Nobelvorlesung „Exploring Cells with a Centrifuge.“ Das Lysosom erhielt 1955 eine morphologische Identität als Ergebnis einer kurzen Zusammenarbeit mit Alex Novikoff, einem Gastwissenschaftler des Albert Einstein College of Medicine in New York, der über Kenntnisse in der Elektronenmikroskopie verfügte. Novikoffs mikroskopische Aufnahmen zeigten, dass die „leichte mitochondriale“ Fraktion membrangebundene „dichte Körper“ enthielt, die denen ähnlich waren, die in der peri-kanalikulären Region von Hepatozyten vorhanden waren.
Die Entdeckung des Lysosoms leitete eine neue Ära in der Zellphysiologie und Pathophysiologie ein, auf die die Identifizierung von mehr als 40 lysosomalen Speicherkrankheiten folgte, die auf Mutationen in Genen für spezifische Hydrolasen zurückzuführen waren.
Die erste Ahnung, dass neben Lysosomen auch die leichte mitochondriale Fraktion eine noch unbekannte Organelle beherbergte, war der Befund, dass Uratoxidase — ein Enzym, das keine saure Hydrolase ist und keine Latenz zeigt — in subzellulären Fraktionen eine ähnliche Verteilung aufwies wie saure Phosphatase. Bis 1960 hatte de Duve herausgefunden, dass dies auch für Katalase und für d-Aminosäure-Oxidase galt, die damals als mitochondriale Enzyme galten. Später erweiterte er diese Ergebnisse auf mehrere andere peroxidproduzierende Oxidasen mit einem Sedimentationsverhalten ähnlich der Katalase, einem Enzym, das ihr Produkt abbaut. De Duve hatte die Einsicht, dass eine funktionelle Verknüpfung zwischen diesen Enzymen bestand, die durch ihren Einschluss in dasselbe Partikel ermöglicht wurde. So wurde das Konzept eines Peroxisoms geboren, das jedoch erst einige Jahre später öffentlich vorgestellt werden sollte, nachdem de Duve begonnen hatte, seine Zeit zwischen Louvain und New York aufzuteilen.
1962 nahm de Duve ein attraktives Angebot an, ein Labor am Rockefeller Institute in New York zu gründen und zu leiten, während er sein Labor in Louvain unterhielt. Er konnte die verschiedenen in Louvain entwickelten Technologien in sein neues Labor übertragen, indem er regelmäßige Besuche seiner wichtigsten belgischen Mitarbeiter in New York arrangierte. In beiden Labors setzte de Duve die Charakterisierung der neu entdeckten oxidasehaltigen Partikel fort, die erstmals in der Rattenleber identifiziert wurden. Drei Jahre später, erst nachdem Partikel mit ähnlichem Sedimentationsverhalten und biochemischen Eigenschaften in der Rattenniere und im bewimperten Protozoon Tetrahymena pyriformis gefunden worden waren, gab er auf einem Treffen der American Society of Cell Biology bekannt, dass er eine neue Organelle entdeckt hatte, für die er den Namen „Peroxisom.“
Auch in diesem Fall zeigte die Elektronenmikroskopie, dass die neue Organelle morphologisch membrangebundenen Partikeln unbekannter Funktion entsprach, die von Mikroskopikern als in fast allen Geweben vorhanden erkannt und als „Mikrokörper“bezeichnet worden waren.“
Nachfolgende Studien aus vielen Laboratorien, einschließlich derjenigen von de Duves und seinen ehemaligen Mitarbeitern und Studenten, zeigten, dass Peroxisomen – zuerst in Säugetiergeweben entdeckt, wo sie wichtige metabolische Rollen spielen, einschließlich der β-Oxidation von sehr langkettigen Fettsäuren durch einen anderen Weg als in Mitochondrien – Mitglieder einer großen Familie evolutionär verwandter Organellen sind, die in vielen verschiedenen eukaryotischen Zelltypen und Organismen, einschließlich Pflanzen und Protozoen, vorhanden sind, wo sie unterschiedliche Funktionen ausüben und spezifische Namen erhalten haben, wie Glyoxysomen und Glykosomen. So legte de Duve mit seiner Entdeckung der Peroxisomen erneut den Grundstein für das Wachstum eines neuen Kapitels auf dem aufstrebenden Gebiet der Zellbiologie.
1974, kurz nach Erhalt des Nobelpreises, setzte sich de Duve, inspiriert von seinen Erfahrungen am Rockefeller-Institut, für die Schaffung eines neuen multidisziplinären „Internationalen Instituts für zelluläre und molekulare Pathologie“ in Brüssel mit einer translationalen Mission ein, die er ursprünglich leitete und an seinem 80.“
De Duve hinterließ einen großen Eindruck in den Biowissenschaften durch die Arbeit, die er auf beiden Seiten des Atlantiks durchführte, und durch die vielen Wissenschaftler, die mit ihm trainierten. Er war ein hochkultivierter Mensch, der vier Sprachen fließend sprach und in mindestens zwei von ihnen elegante Prosa schrieb. De Duves Interessen erstreckten sich weit über die Bereiche seiner wissenschaftlichen Beiträge hinaus in die Bereiche der Philosophie, der Erkenntnistheorie, des Ursprungs des Lebens und der Evolution der eukaryotischen Zelle. Er veröffentlichte ausführlich seine Gedanken zu Fragen aus fast allen diesen Bereichen, in klaren Artikeln sowie in Büchern. De Duve schrieb auch viele ansprechende historische Berichte über die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen in seinen Laboratorien, und in allen von ihnen achtete er sehr darauf, seinen jüngeren Mitarbeitern Anerkennung zu zollen und auf ihre spezifischen Beiträge hinzuweisen.
Christian de Duve war ein herzlicher Kollege und ein faszinierender Gesprächspartner. Diejenigen von uns, die das Glück hatten, ihn persönlich zu kennen, werden ihn schmerzlich vermissen.