Aziz Sancar: DNA-Reparatur, innere Uhr und Nobelpreis

Aziz Sancar ist Biochemiker und Arzt aus Savur, einer Stadt in der Provinz Mardin im Südosten der Türkei. Er wurde am 08.09.1946 geboren. 2015 teilte er den Nobelpreis für Chemie mit Tomas Lindahl und Paul Modrich für die Aufklärung der Vorgänge, mit denen Zellen beschädigte DNA reparieren. Er entschlüsselte, wie Zellen die Schäden beheben, die ultraviolettes Licht (UV-Licht) an der DNA verursacht, und entdeckte zwei Proteine, die helfen, die innere Uhr zu steuern.

DNA ist eine lange Leiter, deren Sprossen aus vier chemischen Buchstaben bestehen: A, T, G und C. Sonnenlicht kann sie beschädigen: UV-Licht kann zwei nebeneinanderliegende T-Buchstaben zu einem Klumpen verschweißen. Sancar widmete seine Laufbahn der Frage, wie Zellen solche Schäden beheben. Die Werkbank unten beschädigt einen Strang und repariert ihn auf den beiden Wegen, mit denen sich seine Arbeit befasst.

Der Nobelpreis, einfach erklärt

Jede Körperzelle enthält eine Kopie derselben DNA. Die Reihenfolge ihrer Buchstaben ist das Anleitungsbuch der Zelle. Dieses Buch wird ständig beschädigt. UV-Licht, Zigarettenrauch und ganz gewöhnliche chemische Vorgänge verändern oder zerstören Buchstaben, tausende Male am Tag. Bei der Zellteilung kopiert der Körper das ganze Buch mehrere Millionen Mal täglich.

Der Preis von 2015 ging an drei Wissenschaftler, die jeweils einen anderen Teil der Reparaturarbeit entschlüsselten. Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften gab ihn am 07.10.2015 bekannt, „für mechanistische Studien zur DNA-Reparatur“. Das Preisgeld von 8 Millionen schwedischen Kronen wurde zu gleichen Teilen aufgeteilt.

Tomas Lindahl

Entdeckte 1974 das erste dieser Reparaturenzyme, das einen beschädigten Buchstaben entfernt. Über 35 Jahre hinweg klärte er den Ablauf Schritt für Schritt auf und bildete 1996 die menschliche Variante in einem Reagenzglas nach.

Paul Modrich

Untersuchte mit dem Molekularbiologen Matthew Meselson die Prüfung, die auf das Kopieren folgt. Bei Bakterien trägt der alte Strang kleine chemische Markierungen. So kann die Zelle ihn von der neuen Kopie unterscheiden und diese korrigieren. Beim Menschen behebt diese Prüfung alle Fehler bis auf einen von tausend.

Die Arbeit ist auch außerhalb des Labors bedeutsam. Fällt ein Teil der Reparatur aus, verändert sich die Erbinformation schnell und das Krebsrisiko steigt. Viele Krebsarten haben ein Reparatursystem abgeschaltet. Forscher versuchen, diese Schwäche zu nutzen: Wird ein noch funktionierendes Reparatursystem blockiert, kann das das Wachstum eines solchen Krebses verlangsamen. Menschen mit einem angeborenen Defekt der Nukleotid-Exzisionsreparatur reagieren extrem empfindlich auf UV-Licht.

Savur, Mardin und Istanbul, 1946 bis 1969

Sancar wurde am 08.09.1946 in Savur als siebtes von acht Kindern geboren. Sein Vater war Landwirt. Die Familie hatte genug zu essen, aber sonst wenig: Bis zur siebten Klasse hatten die Kinder nur für die Schule Schuhe. Seine Mutter konnte weder lesen noch schreiben, bestand aber darauf, dass jedes Kind zur Schule ging. Sein ältester Bruder Kenan brachte ihm mit fünf Jahren Lesen und Schreiben bei.

Erst Schule, dann Medizin

Klassenbester

Er war der beste Schüler in der Grundschule in Savur und an der weiterführenden Schule in Mardin. Seine Lieblingsfächer waren Mathematik, Türkisch, Französisch und Chemie. Ein Chemielehrer in der zehnten Klasse weckte in ihm den Wunsch, Chemiker zu werden.

Torwart

Er spielte als Torwart für das Gymnasium Mardin Lisesi und die Vereine Savur Spor und Mezopotamya Spor und wurde zu einem Probetraining der türkischen U18-Nationalmannschaft eingeladen. Er ging nicht hin, weil er sich für einen Spieler auf Nationalmannschaftsniveau für zu klein und zu leicht hielt. Nach der zehnten Klasse hörte er mit dem Fußball auf.

November 1963

Er beginnt sein Medizinstudium in Istanbul. Er hatte die Aufnahmeprüfungen für Chemie und Medizin bestanden. Fünf Freunde aus Mardin überredeten ihn zur Medizin.

Zweites Jahr

Eine Vorlesung über die Doppelhelix, die Form der DNA, gibt den Ausschlag: Er will Biochemiker werden. Er war aus dem Südosten gekommen, fest entschlossen zu zeigen, dass ein Student von dort als Jahrgangsbester abschließen konnte. Deshalb widmete er fast seine gesamte Zeit dem Studium.

Juni 1969

Er schließt als Jahrgangsbester ab. Der Leiter der Abteilung für Biochemie rät ihm, zunächst mindestens zwei Jahre als Arzt zu arbeiten. Deshalb kehrt er nach Savur zurück.

1969 bis 1971

Sechs Monate lang betreibt er eine kostenlose Praxis in einem Zimmer des Familienhauses. Als der Gesundheitsminister durch Savur kommt und davon hört, wird ihm eine Stelle im Ministerium als leitender Arzt des Dorfes Surgucu angeboten, mit einem Jeep und einem Fahrer.

Von Surgucu aus versorgte er nahe gelegene und auch einige sehr abgelegene Dörfer. Für viele seiner Patienten war er der erste Arzt, den sie je gesehen hatten. Einen großen Teil seines Gehalts gab er für Medikamente für sie und für Spielzeug für kleine Kinder aus. Diese 18 Monate hat er als die glücklichste Zeit seines Lebens in Erinnerung.

In einer Hinsicht ließ ihn die Medizin dennoch unzufrieden zurück. Er wollte wissen, warum Streptomycin das Tuberkulosebakterium tötet und Penicillin nicht. Niemand, den er fragte, konnte es ihm erklären. Deshalb bewarb er sich weiter um Stipendien, um im Ausland Biochemie zu studieren.

Im Ausland, 1971 bis 1982

1. 1971Baltimore

   Ein NATO-Stipendium führt ihn in die USA, „weil sie in der wissenschaftlichen Forschung weltweit führend waren“. Er beginnt das Biochemiestudium an der Johns Hopkins University.

2. Juni 1972Baltimore

   Er verlässt Johns Hopkins. Auf Englisch konnte er sich weder mit Professoren noch mit Kommilitonen verständigen. Später schrieb er, es sei wie Einzelhaft gewesen.

3. 1972 bis 1973Savur, England

   Nachdem er etwa sechs Monate als Arzt in Savur gearbeitet und kurze Zeit in England verbracht hat, kehrt er in die USA zurück. Nun spricht er gut genug Englisch.

4. 1974Dallas

   Er tritt in das Labor von Claud Rupert an der University of Texas at Dallas ein, die ihn 1973 aufgenommen hatte. Rupert entdeckte 1958 die Photolyase und begründete damit das Forschungsgebiet.

5. 1974Dallas

   Er will wissen, wie blaues Licht Bakterien wiederbelebt, die eine tödliche Dosis UV-Licht erhalten haben. Niemand kann genügend von dem Enzym herstellen, also plant er, sein Gen zu klonieren.

6. 1975Dallas

   Nach sechs Monaten Suche findet er ein Bakterium mit einer defekten Kopie des Gens. Er kloniert das Gen phr, seiner Einschätzung nach das erste östlich der Rocky Mountains klonierte Gen.

7. 1976Türkei

   Vier Monate Militärdienst in der Türkei als Leutnant.

8. Juli 1977Dallas

   Er verteidigt seine Doktorarbeit in Dallas. Drei führende Labore für DNA-Reparatur, bei denen er sich beworben hat, lehnen ihn ab, vermutlich, so schreibt er, weil er noch nichts veröffentlicht hat.

9. September 1977Yale

   Auf Ruperts Empfehlung bietet Dean Rupp ihm eine Stelle in Yale an, damals eines der drei führenden DNA-Forschungszentren der Welt. Dort kloniert er uvrA, uvrB und uvrC.

10. 1979Yale

    Er veröffentlicht die Maxicell-Methode, mit der sich die von klonierten Genen gebildeten Proteine bestimmen lassen. Sie ist noch heute seine meistzitierte Veröffentlichung.

11. 1981 bis 1982Stellensuche

    Etwa 50 Universitäten lehnen ihn ab. Dann ruft Mary Ellen Jones an, die Leiterin der Abteilung für Biochemie an der University of North Carolina at Chapel Hill (UNC), und bietet ihm und seiner Frau jeweils eine Stelle an.

12. Frühjahr 1982Yale

    In einem Reagenzglas mit gereinigten Proteinen entdeckt er, dass der beschädigte Strang zweimal durchgeschnitten wird.

13. Ende 1982Chapel Hill

    Sie ziehen nach Chapel Hill. Drei Tage nach der Ankunft beginnt er mit Experimenten.

Gwen Sancar, die andere Wissenschaftlerin der Familie

Gwen Boles war Doktorandin in derselben Abteilung in Dallas, und die beiden wurden enge Freunde. Sie schloss drei Monate vor ihm ab und nahm eine Forschungsstelle in New York an, wo sie die molekularen Grundlagen der Blutkrankheit Thalassämie untersuchte. 1978 heirateten sie. Zwei Jahre später trat sie in Dean Rupps Labor in Yale ein, um zu erforschen, wie die Zelle die Gene steuert, die DNA reparieren.

„Aziz, ich glaube nicht, dass du ohne Gwen überlebt hättest.“

Einer seiner Mentoren, zitiert in seiner Nobelpreisbiografie, in der er ihr auch „für ihre Liebe und Unterstützung“ dankt.

Heute ist sie Professorin für Biochemie und Biophysik und gemeinsam mit ihm Mitgründerin der Aziz and Gwen Sancar Foundation.

DNA-Reparatur, einfach erklärt

Wenn zwei T-Buchstaben auf einem Strang nebeneinanderliegen, kann UV-Licht sie zu einem Klumpen verschweißen, einem sogenannten Thymindimer. Der Strang knickt an dieser Stelle und lässt sich nicht mehr richtig ablesen oder kopieren. Bakterien haben zwei Systeme, um damit umzugehen: Eines braucht Licht, das andere funktioniert im Dunkeln. Sancar untersuchte beide, und Menschen nutzen das zweite.

Weg eins: blaues Licht

Photolyase ist ein Enzym, also ein Protein, das eine chemische Reaktion beschleunigt. Es repariert den Klumpen mithilfe von Licht. 1958 zeigte Rupert, dass sichtbares Licht durch UV-Licht getötete Bakterien wiederbeleben kann, und entdeckte das Enzym, das dahintersteckt.

In Chapel Hill verfolgte Sancars Gruppe etwa 20 Jahre lang Schritt für Schritt die Arbeit der Photolyase. Das Enzym trägt zwei Hilfsmoleküle: MTHF, eine Antenne, die blaues Licht aufnimmt und die Energie an FAD weitergibt, das den Klumpen aufspaltet. „Es ist das schönste Enzym“, sagte er 2025 gegenüber der UNC. Sein Labor verfolgte die Arbeit des Enzyms bis auf die Pikosekunde genau, ein Millionstel eines Millionstels einer Sekunde.

Photolyase kommt nicht in allen Lebewesen vor. Nach ihrer Entdeckung blieb 35 Jahre lang offen, ob auch Menschen sie besitzen. 1993 veröffentlichte sein Labor eine gründliche Studie mit einer klaren Aussage: Menschen haben keine der beiden bekannten Arten von Photolyase.

Weg zwei, Schneiden und Füllen

1. Mitte der 1960er-JahreYale

   Das im Dunkeln arbeitende System wird an drei Arten UV-empfindlicher Bakterien untersucht, die jeweils eine defekte Kopie eines Gens haben: uvrA, uvrB oder uvrC.

2. Vor 1982Yale

   Sancar kloniert alle drei Gene und identifiziert, isoliert und beschreibt innerhalb weniger Jahre die drei Proteine, für die sie kodieren.

3. Vor 1982Lehrbücher

   Ein Enzym schneidet den beschädigten Strang auf einer Seite der Schadstelle durch. Anschließend wird ein Stück aus 4 bis 6 Buchstaben abgebaut.

4. Frühjahr 1982Reagenzglas

   Er bringt die gereinigten Proteine und beschädigte DNA in einem Reagenzglas zusammen. UvrA, UvrB und UvrC setzen zwei Schnitte zugleich.

5. Frühjahr 1982Reagenzglas

   Ein Schnitt liegt 7 Buchstaben auf der einen Seite des Klumpens, der andere 3 oder 4 Buchstaben auf der anderen. Ein Stück aus 12 oder 13 Buchstaben samt Klumpen löst sich heraus.

6. Frühjahr 1982Der Name

   Er nennt das Enzym „ABC-Exzinuklease“, wegen seiner ungewöhnlichen Arbeitsweise mit zwei Schnitten.

7. 1982 bis 1983Die Veröffentlichung

   Andere Gruppen wetteifern um dieselbe Antwort, deshalb erzählt er nur wenigen Kollegen davon. Dean Rupp stellt das Ergebnis im Frühjahr 1982 in Frankreich vor; die vollständige Veröffentlichung folgt 1983.

8. Fünf JahreMenschliche Zellen

   Fünf Jahre lang versucht sein Labor mit vielen Zellarten und Tests, das Stück aufzufangen, das menschliche Zellen herausschneiden. Es gelingt nicht.

9. 08.11.1991Menschliche Zellen

   Sie fangen es auf: ein Stück aus 27 Buchstaben, das durch zwei Schnitte freigesetzt wird, nach einem anderen Muster als bei Bakterien.

10. DanachGwen

    Später schrieb er, er habe Gwen gesagt, das Ergebnis sei nur Gott und ihm bekannt.

11. 2021Studierende

    Er erzählte Studierenden, sein Team habe fünf Jahre lang Tag und Nacht gearbeitet. Hätte eine Gruppe in Japan einen Monat früher veröffentlicht, wären diese Jahre vergeblich gewesen.

Transkriptions­gekoppelte Reparatur

Das Enzym, das ein Gen liest, bleibt manchmal an einem Schaden hängen. Sancars Labor entdeckte ein Protein namens TRCF, das das feststeckende Enzym erkennt, es vom Schaden wegbewegt und hilft, das schneidende Enzym heranzuholen. Die Entdeckung löste ein Rätsel, das seit 30 Jahren bestand. Er nennt die Veröffentlichung sein Yunus Emre Destanı, nach dem mittelalterlichen türkischen Dichter Yunus Emre.

1994

Die Zeitschrift Science kürt die DNA-Reparatur zum „Molekül des Jahres“.

Der Checkpoint

Wenn eine Zelle Schäden entdeckt, unterbricht sie auch ihre Teilung. Sein Labor bildete in einem Reagenzglas mit genau festgelegten Bestandteilen die Verbindung zwischen der menschlichen Reparatur durch Schneiden und Füllen und dieser Pause nach, dem DNA-Schadens-Checkpoint.

Reparaturkarte

Nach 20 Jahren fing sein Labor das herausgeschnittene Stück in lebenden menschlichen Zellen auf und kartierte die Reparaturstellen im gesamten menschlichen Genom, Buchstabe für Buchstabe. Die Karte zeigt „Berge, Täler und Schluchten“: Stellen mit viel, durchschnittlich viel und wenig oder gar keiner Reparatur. Er nennt sie „Meine Piri-Reis-Karte“, nach dem türkischen Admiral und Kartografen.

Die innere Uhr und die Cryptochrome

Die innere Uhr steuert Schlaf, Hormonausschüttung, Verdauung und Stimmung. Gerät ihr Rhythmus durcheinander, führt das zu Jetlag. Nach der Photolyase suchte Sancar nach deren Verwandten.

1. 1995Sequenzen

   Das Unternehmen Human Genome Sciences veröffentlicht Teilsequenzen vieler menschlicher Gene. Eine davon ähnelt der Photolyase.

2. 1995Zwei Gene

   Sancars Labor findet bald ein zweites Gen. Die Forscher klonieren beide, doch keines der beiden Proteine kann DNA mithilfe von Licht reparieren.

3. Mai 1996Flug

   Auf einem Rückflug aus der Türkei liest er einen Zeitschriftenartikel über die innere Uhr und Jetlag. Darin steht, dass blaues Licht die Uhr stellt.

4. Mai 1996Flug

   Bei manchen blinden Mäusen und Menschen reagiert die Uhr weiterhin auf Licht, weil sie dafür einen eigenen Signalweg nutzt, der vom Sehen von Bildern getrennt ist.

5. Mai 1996Der Name

   Die Proteine, die der Photolyase ähneln, könnten die Blaulichtsensoren der Uhr sein. Er schlägt den Namen Cryptochrom vor, mit Cryptochrom 1 und 2 (CRY1 und CRY2) als den beiden Vertretern.

6. November 1996Die Veröffentlichung

   Die Veröffentlichung erscheint. Sie scheint der gesamten Forschungsgemeinschaft zur inneren Uhr entgangen zu sein.

7. Nach 1996Lernen

   Er beginnt, sich von Grund auf in die innere Uhr und die Neurowissenschaften einzuarbeiten.

8. Bis Ende 1997Netzhaut und SCN

   Sein Labor zeigt, dass die Cryptochrom-Gene in der Netzhaut und im suprachiasmatischen Nukleus (SCN) stark aktiviert sind. Dieser kleine Bereich des Gehirns beherbergt die zentrale Uhr.

9. 1997PNAS

   Die Menge der Boten-RNA des CRY1-Gens steigt und fällt dort im Tagesrhythmus. Die PNAS-Veröffentlichung seines Labors schlägt vor, dass die Cryptochrome von Säugetieren als Lichtrezeptoren der Uhr dienen. Er sagt, sie habe die Forschung zur inneren Uhr elektrisiert.

1998

Eine Maus mit einem veränderten CRY2-Gen, untersucht in Joseph Takahashis Labor, ist weniger lichtempfindlich. Ihre Uhr ist auch bei völliger Dunkelheit verändert. Innerhalb einer Woche erscheinen Veröffentlichungen zur Fruchtfliege und zur Pflanze Arabidopsis. Science setzt die Forschung zur inneren Uhr auf Platz zwei bei der Wahl zum „Molekül des Jahres“.

1999

Mit Kollegen in den USA, Japan und den Niederlanden erzeugt sein Labor Mäuse, denen beide CRY-Gene fehlen. Sie haben keine funktionierende innere Uhr.

2000

Inzwischen beschreibt ein detailliertes Modell CRY als die wichtigste Bremse in den Rückkopplungsschleifen der Uhr. Bei Säugetieren nimmt es selbst kein Licht wahr; bei Fruchtfliegen ist es der wichtigste Lichtsensor.

Stockholm und Ankara, 2015 und 2016

07.10.2015

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften gibt den Nobelpreis für Chemie 2015 bekannt. TÜBA, die Türkische Akademie der Wissenschaften, deren Ehrenmitglied er ist, bezeichnet ihn als den ersten türkischen Wissenschaftler, der ihn gewinnt.

08.12.2015

Sancar hält seine Nobelvorlesung „Mechanisms of DNA Repair by Photolyase and Excision Nuclease“ in der Aula Magna der Universität Stockholm. Der Vorsitzende des Nobelkomitees für Chemie stellt ihn vor.

10.12.2015

Bei der Preisverleihung nimmt er den Preis von König Carl XVI. Gustaf entgegen. Der Leiter von TÜBİTAK, dem türkischen Wissenschaftsrat, sitzt im Saal. Seine Urkunde ist ein Kunstwerk von Ingela Berntsson mit Schriftgestaltung von Annika Rücker.

15.12.2015

In Ankara besucht er das Atatürk-Mausoleum Anıtkabir. In dieser Woche findet im Präsidialkomplex ein Abendessen zu seinen Ehren statt, mit Gwen Sancar an seiner Seite.

19.05.2016

Bei einer Zeremonie in Anıtkabir übergibt er seine Nobelpreismedaille und die Urkunde an die Anıtkabir-Kommandantur. Auch Gwen Sancar ist dabei.

„Indem ich diese Medaille hier übergebe, habe ich meine Treueschuld gegenüber Atatürk und seinen Weggefährten, den Gründern der Republik Türkei, beglichen.“

Sancar bei der Zeremonie am 19.05.2016.

Chapel Hill und die Heimat

Sancar hat die Sarah-Graham-Kenan-Professur für Biochemie und Biophysik an der University of North Carolina at Chapel Hill inne, wo er seit 1982 arbeitet. Im Oktober 2025 unterrichtete er mit 79 Jahren noch jedes Frühjahr einen Kurs für Fortgeschrittene in Molekularbiologie (BIOC 631) und betreute Forschungsarbeiten von Bachelorstudierenden.

In 40 Jahren hat er mehr als 35 Studierende und 55 Postdoktoranden ausgebildet. Die jüngsten Arbeiten seines Labors gelten, wie die UNC berichtet, einem neuen biochemischen Ansatz zur Behandlung von Hirntumoren.

Sein Rat an junge Wissenschaftler, wie ihn die UNC wiedergibt

1. Wählen Sie gut. Entscheiden Sie sich für ein Thema, das etwas bewirken wird.
2. Arbeiten Sie sehr hart. Nur etwa jedes fünfte Experiment gelingt.
3. Lesen Sie die Zeitschriften am Erscheinungstag. Diese Gewohnheit zahlte sich für ihn aus: Er konnte nur deshalb große Mengen Photolyase reinigen, weil er in der Zeitschrift Nature eine Veröffentlichung über das Klonieren von Genen gelesen hatte.

Er schreibt die Ergebnisse des Labors dessen Studierenden und Postdoktoranden zu.

Auch Chapel Hill hat ein türkisches Haus

2007

Er und Gwen gründen die Aziz and Gwen Sancar Foundation, die Bildung und Verständigung zwischen den USA und der Türkei fördern will.

Das Zentrum

Die Stiftung betreibt das Sancar Turkish Cultural and Community Center in der 1609 E. Franklin Street. Es bietet türkische Kochkurse, Geschichtsunterricht und Kulturveranstaltungen an.

August 2023

Das Paar beginnt dahinter mit dem Bau der Sancar Scholars Residence, einer Unterkunft für acht bis zehn türkische Wissenschaftler, die die UNC besuchen oder dort studieren.

Kurze Antworten und die Quellen