Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

DNA mit Sonnenschaden - Wie Mutationen entstehen und wieder entfernt werden

03.12.2004


Die DNA, das genetische Material, enthält die Erbinformation eines jeden Organismus. Gespeichert ist diese in der Sequenz des fadenförmigen Moleküls. Doch durch innere und äußere Einflüsse können Schäden entstehen, so dass die Abfolge der DNA-Bausteine nicht mehr stimmt, und die Erbinformation nicht mehr oder nicht mehr korrekt abgelesen werden kann. "Diese Schäden, rund 50.000 pro Tag und Zelle, müssen effizient korrigiert werden", meint Professor Thomas Carell, Bereich Organische Chemie am Department Chemie und Biochemie der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München. Er und seine Mitarbeiter konnten nun in zwei Studien zeigen, wie DNA-Reparaturenzyme diese Schäden aufspüren, und wie an der Zellteilung beteiligte Enzyme, die Polymerasen, die DNA-Schäden überlesen und so Mutationen erzeugen (in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Science und in Nature, Bd. 431 (7005), S. 217-221, 2004).

... mehr zu:
»DNA »DNA-Schäden »Enzym »Mutation

"Unser Genom wird durch innere und äußere Einflüsse ständig geschädigt", so Carell. "Von außen führt unter anderem die UV-Strahlung als immerwährender Begleiter der Sonnenstrahlung zur Bildung von DNA-Schäden an den Bausteinen Thymidin und Cytidin." Derartige Sonnenlichtschäden sind zum Beispiel an der Entstehung des Sonnenbrandes beteiligt und auch für die Entwicklung von Hautkrebs verantwortlich. Aber nicht nur von außen wird die DNA angegriffen. "Zu den inneren Faktoren gehört die zelluläre Atmung, in deren Folge reaktive Sauerstoffradikale gebildet werden", berichtet Carell. "Sie zersetzen vor allem die Bausteine Guanidin und Adenosin." Besonders dramatisch wirken sich DNA-Schäden während der Zellteilung aus, wenn das Genom mit Hilfe der DNA-Polymerasen kopiert wird. Diese Enzyme stoppen, wenn sie eine fehlerhafte Base vorfinden, was oft zum Zelltod führt.

Übersehen sie den Schaden aber, lesen sie eine fehlerhafte DNA-Sequenz ab, was zu einer Mutation führt. Diese Mutationen sind es, die in manchen Fällen zu unkontrolliertem Wachstum der Zelle und damit zur Entstehung von Krebs führen können. Allerdings gibt es in jeder Zelle Reparaturenzyme, die diese Fehler der Polymerasen erkennen und in einem mehrstufigen Prozess korrigieren.


Wie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Science berichtet, entschlüsselten die Wissenschaftler die Kristallstruktur des Reparaturenzyms DNA-Photolyase im Komplex mit einem DNA-Doppelstrang, der einen Sonnenlichtschaden enthält. "Wir konnten zeigen, dass das Reparaturenzym die DNA an der Schadenstelle um etwa 50 Grad knickt und den gesamten Schaden aus der Doppelhelix herausstülpt", berichtet Carell. "So kann das Enzym die schadhafte Stelle lokalisieren und den Schaden isolieren. Anschließend findet in einer komplexen biochemischen Reaktion die Reparatur statt." Der Durchbruch gelang dem Münchner Team vor Gruppen aus Japan und den USA dank chemischer Synthese. Arbeiten über den Prozess der DNA-Reparatur waren bislang schwer auszuführen, weil dazu DNA mit einem spezifischen Schaden an einer definierten Stelle nötig ist. Die Münchner Forscher gewannen den Wettlauf gegen Gruppen aus Japan und den USA, weil sie neue Methoden entwickelten, um derartige DNA-Stränge im Labor zu synthetisieren. Zusammen mit den dazugehörigen Proteinen konnte dann ein Komplex gebildet werden, dessen Struktur Proteinkristallographen an der Universität Marburg aufklären konnten.

Dank entsprechender Methodik konnte das Team um Carell auch DNA-Stränge herstellen, die hochmutagene oxidative DNA-Schäden enthalten. Wie vor kurzem in Nature berichtet, zeigten die Forscher in Zusammenarbeit mit US-amerikanischen Kollegen von der Duke University, warum diese Schäden so mutagen sind. Die US-Wissenschaftler kristallisierten eine Genom kopierende DNA-Polymerase in aktiver Form, so dass der Genomkopierprozess verfolgt werden konnte. In Gemeinschaftsarbeit wurde die Polymerase mit DNA versetzt, die an einer definierten Stelle einen hochmutagenen Schaden hat. "Schritt für Schritt konnten wir verfolgen wie die Polymerase den Schaden zunächst einfädelt und in ihrem aktiven Zentrum positioniert", berichtet Carell. "Wir waren sprachlos, als wir sahen, dass das Enzym ganz unerwartet nicht stoppte, sondern den Schaden um 180 Grad drehte, um dann unter Einbau eines falschen Bausteins weiterzuarbeiten."

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Thomas Carell
Department für Chemie und Biochemie, Bereich Organische Chemie
Tel: 089/2180-77750
Fax: 089/218077756
E-Mail: thomas.carell@cup.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Berichte zu: DNA DNA-Schäden Enzym Mutation

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kieselalge in der Antarktis liest je nach Umweltbedingungen verschiedene Varianten seiner Gene ab
17.01.2017 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau