Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Maßgeschneiderte Bausteine des Lebens

05.10.2016

Einbau neuer Atome in das Erbgut hilft in der Krebsforschung

Nukleobasen bilden die Grundbausteine des Erbguts. Wenn man deren Sauerstoffatome durch Schwefel ersetzt und anschließend mit UV-Licht bestrahlt, wirken diese Nukleobasen als  Photochemotherapeutikum. Durch die Kombination von experimentellen und theoretischen Untersuchungen ist es den ChemikerInnen um Leticia González von der Universität Wien gelungen, den molekularen Prozess hinter diesem Vorgang zu verstehen.


Thiocytosin kann die Energie von UV-Licht speichern und diese für chemische Reaktionen einsetzen.

Copyright: Sebastian Mai


Die Strukturen von Cytosin und Thiocytosin.

Copyright: Sebastian Mai

Die neu gewonnenen Erkenntnisse können dazu beitragen, neue, noch effizientere Arzneistoffe zu entwickeln. Die Studie erscheint in der aktuellen Ausgabe von "Nature Communications".

Nukleobasen stellen das ABC des Lebens dar, indem sie durch die Abfolge der Bausteine Adenin, Guanin, Cytosin bzw. Thymin den Bauplan für die Proteine und andere Moleküle eines Lebewesens beinhalten. Seit kurzem sind ForscherInnen an chemisch modifizierten Nukleobasen interessiert, da diese bisher unbekannte biologische Funktionen haben können.

So haben modifizierte Nukleobasen, bei denen Sauerstoffatome durch Schwefel ersetzt werden (sogenannte Thiobasen), im Vergleich zu den natürlich vorkommenden Nukleobasen völlig unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der Empfindlichkeit gegenüber UV-Licht.

Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin haben aufgrund ihrer chemischen Struktur einen internen Schutzmechanismus gegenüber UV-Strahlen. Sie wandeln UV-Licht in einem ultraschnellen Prozess in Wärmeenergie um. Thiobasen jedoch "speichern" die Energie des eintreffenden UV-Lichts und können dadurch chemische Reaktionen mit ihrer Umgebung eingehen. So finden sich beispielsweise ausgewählte Thiobasen in Immunsuppressiva, welche PatientInnen nach einer Organtransplantation zur Unterdrückung der Immunabstoßung verabreicht bekommen. Betroffene haben aufgrund der größeren Reaktionsfreudigkeit der modifizierten Thiobasen ein deutlich höheres Hautkrebsrisiko.

Die internationale Arbeitsgruppe um die theoretische Chemikerin Leticia González arbeitet schon seit mehreren Jahren an der Aufklärung der Photochemie von Nukleobasen. In ihrer aktuellen Studie haben die ForscherInnen nun erstmals den Mechanismus der Lichtanregung von Thiocytosin im Detail analysiert.

"Wir haben in Echtzeit untersucht, wie sich ein Thiocytosin-Molekül während und nach der Anregung durch UV-Licht verhält. Dank ultrakurzer Laserimpulse konnten wir bereits Aussagen über die Zeitskalen, auf denen diese Reaktionen ablaufen, machen", so González. Um ein detailliertes Bild über die vom Molekül gespeicherte Lichtenergie sowie die Bewegungen des Moleküls zu bekommen, haben die WissenschafterInnen auf theoretische Simulationen zurückgegriffen.

"Unsere Berechnungen, die unter anderem am Vienna Scientific Cluster durchgeführt wurden, zeigen, dass Thiocytosin nach der Anregung durch UV-Licht extrem schnell in einen sogenannten Triplett-Zustand übergeht", berichtet González. Dabei treten nicht alle Elektronen des Moleküls paarweise auf, wie es normalerweise der Fall ist, sondern zwei Elektronen bewegen sich ungepaart unabhängig voneinander im Molekül. Die durch das UV-Licht gespeicherte Energie überdauert einen so langen Zeitraum, dass das Molekül dabei weitere chemische Reaktionen eingehen kann. "Die bei dieser Untersuchung gewonnenen Erkenntnisse können dazu beitragen, neue Tumortherapeutika zu entwickeln und damit einen wesentlichen Beitrag in der Krebstherapie zu leisten", erklärt die Chemikerin abschließend.

Publikation in "Nature Communications"
The Origin of Efficient Triplet State Population in Sulfur-Substituted Nucleobases
Sebastian Mai, Marvin Pollum, Lara Martínez-Fernández, Nicholas Dunn, Philipp
Marquetand, Inés Corral, Carlos E. Crespo-Hernández, and Leticia González
Nature Communications
DOI: 10.1038/ncomms13077

Wissenschaftlicher Kontakt
Univ.-Prof. Dr. Leticia González
Institut für Theoretische Chemie
Universität Wien
1090 Wien, Währinger Straße 17
T +43-1-4277-527 50
M +43-664-602 77-527 50
leticia.gonzalez@univie.ac.at

Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-602 77-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

Die Universität Wien ist eine der ältesten und größten Universitäten Europas: An 15 Fakultäten und vier Zentren arbeiten rund 9.700 MitarbeiterInnen, davon 6.800 WissenschafterInnen. Die Universität Wien ist damit auch die größte Forschungsinstitution Österreichs sowie die größte Bildungsstätte: An der Universität Wien sind derzeit rund 92.000 nationale und internationale Studierende inskribiert. Mit über 180 Studien verfügt sie über das vielfältigste Studienangebot des Landes. Die Universität Wien ist auch eine bedeutende Einrichtung für Weiterbildung in Österreich. 1365 gegründet, feierte die Alma Mater Rudolphina Vindobonensis im Jahr 2015 ihr 650-jähriges Gründungsjubiläum. http://www.univie.ac.at

Stephan Brodicky | Universität Wien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

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

nachricht Nervenkrankheit ALS: Mehr als nur ein Motor-Problem im Gehirn?
16.01.2017 | Leibniz-Institut für Neurobiologie

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: 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...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Wie das Wissen in der Technik entsteht

17.01.2017 | Förderungen Preise

Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht

16.01.2017 | Energie und Elektrotechnik