Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Erkenntnisse zur Erbgut-Verdoppelung: LMU-Forscher analysieren Helikasen-Struktur

12.06.2007
Ein Team um den Biochemiker Professor Karl-Peter Hopfner, Fakultät für Chemie und Pharmazie sowie Genzentrum der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München, hat erstmals den strukturellen Aufbau der Helikase "Hel308" aus dem Archaebakterium Archaeoglobus fulgidus im Komplex mit einem kurzen Erbgutstrang aufgeklärt.

Ein ähnliches Protein kommt auch im menschlichen Organismus vor und erfüllt dort die gleichen Aufgaben wie in dem Bakterium. Es initiiert die Aufspaltung des Erbguts (DNA), damit diese anschließend verdoppelt oder repariert werden kann. Neben der Struktur von "Hel308" konnten die Wissenschaftler zudem beobachten, welche Mechanismen Helikasen während der ersten Schritte bei der Aufspaltung des Erbguts einer Zelle einsetzen und woher sie ihre Energie beziehen.

Bei der Vervielfältigung und Reparatur des Erbinformationsträgers (DNA) einer Zelle nehmen die Helikasen eine wichtige Rolle ein. Die Helikasen initiieren die Entwindung der Einzelstränge der Basenpaare, die in einer Doppelhelixstruktur vorliegen. An diese Entwindung schließt sich dann direkt die Verdopplung der Erbgutstränge an. Eingeteilt sind die Helikasen in mindestens drei Überordnungen, den so genannten Superfamilien (SF). Ihre Untersuchung führten die Münchner Biochemiker Karl-Peter Hopfner, Katharina Büttner und Sebastian Nehring an der Helikase "Hel308" des Archaebakteriums Archaeoglobus fulgidus durch. Für ihre Studie brachten die Forscher einen Komplex aus einem kurzen Erbgutstrang des Bakteriums mit insgesamt 15 Basenpaaren und der Helikase "Hel308" in einen kristallinen Zustand., Anschließend wurde der Komplex mit einer Röntgenstrukturanalyse durchleuchtet. Ebenso wurde die Helikase ohne den Erbgutstrang untersucht.

"Wir konnten direkt 'sehen', wie sich die Helikase ähnlich wie eine Raupe über die Basenpaare der DNA bewegt", erklärt Hopfner. Bei diesem Vorgang machten die Forscher eine überraschende Entdeckung: Die Helikase zog ihre Entwindungsenergie für die ersten Schritte der DNA-Teilung nicht aus dem Adenosintriphosphat (ATP), wie es bislang vermutet wurde. "Die Energie erhält die Helikase zunächst einmal aus der Bindungsenergie an das Erbgut der Zelle und anschließend, zur weiteren Bewegung, aus dem ATP", sagt Hopfner. Dabei sind die Distanzen, die "Hel308" bei der Erbgut-Entwindung zurücklegt, minimal. Sie erfolgen schrittweise von Basenpaar zu Basenpaar. "Rund 0,6 Nanometer ist so ein Schritt lang", erklärt Hopfner. Zudem konnten die Münchner Wissenschaftler erstmals eine bestimmte Haarnadelstruktur auf "Hel308" lokalisieren. Diese so genannte Beta-Haarnadelstruktur wirkt entscheidend mit bei der initialen Entwindung des Erbguts. Sie wirkt dabei wie ein Pflug, der durch die DNA fährt und die Basenpaare trennt.

Eine ähnliche Haarnadelstruktur gibt es auch auf einer Helikase, die bei dem Hepatitis-C Virus NS3 aktiv an der Aufspaltung des Erbguts beteiligt ist. Die Forscher vermuten, dass diese Struktur noch in zahlreichen weiteren Helikasen des Typs SF2 vorhanden sein könnte. Zudem wurden aber auch Unterschiede zu Helikasen des Typs SF1 deutlich. Während Helikasen des Typs SF2 eher wie ein Pflug arbeiten, schälen Helikasen des Typs SF1 einen Strang von dem anderen ab.

Wie die Helikasen vom Typ SF2 die Entwindung des Erbguts bewerkstelligen ist bis heute weit weniger gut erforscht als bei den Helikasen des Typs SF1. Mit ihren Ergebnissen konnten die Forscher nun erstmals die Unterschiede zwischen den Helikasen-Typen SF1 und SF2 verdeutlichen. Dazu haben die Münchner Biochemiker einen wichtigen Schritt zum besseren Verständnis der Mechanismen beigetragen, die bei den Helikasen vom Typ SF2 die Auftrennung des Erbguts einleiten.

Die neuen Erkenntnisse über die Mechanismen der Aufspaltung des Erbgutes durch "Hel308" könnten nun helfen, wirkungsvollere Medikamente, etwa gegen das Hepatitis C-Virus, zu entwickeln. Denn Helikasen, die - wie "Hel308" - meist den Superfamilien 2 und 3 angehören, sind wichtige Zielenzyme bei der Entwicklung von Inhibitoren, also Hemmstoffen gegen Krankheiten wie Hepatitis C.

Veröffentlichung:
"Structural basis for DNA duplex separation by a superfamily 2 helicase", Karl-Peter Hopfner, Katharina Büttner, Sebastian Nehring, Nature Structural & Molecular Biology.
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Karl-Peter Hopfner
Fakultät für Chemie und Pharmazie
Genzentrum der LMU
Tel: 089 / 2180 76 953
Fax: 2180 76 999
E-Mail: hopfner@lmb.uni-muenchen.de

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

Weitere Berichte zu: Aufspaltung Basenpaar DNA Erbgut Hel308" Helikase Helikasen Hepatitis C SF1 SF2

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien aus dem Blut «ziehen»
07.12.2016 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle
07.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

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: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie