Wie blaues Licht Schäden im Genom reparieren kann
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23.02.2005
Quelle: Philipps-Universität Marburg
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Bislang jedoch war unklar, auf welchem Wege das Elektron auf den
CPD-Schaden gelangt, wo es ihn innerhalb nur weniger Milliardstel
Sekunden auflöst. Zur Klärung dieser Frage etablierte die Arbeitsgruppe
um den Organochemiker Thomas Carell, der im Dezember 2003 von der
Philipps-Universität Marburg nach München gewechselt war, zunächst
effiziente Wege zur chemischen Synthese, also der "künstlichen
Herstellung" von CPD-Schäden an einer DNA. Mit Hilfe der Photolyase aus
einer Blaualge, die von Dr. André Eker an der Universität Rotterdam
präpariert worden war, gelang es Lars-O. Essen und seiner Mitarbeiterin
Petra Gnau, den Schaden, das Enzym und den dazwischen liegenden Komplex
zu kristallisieren und so der Röntgenstrukturanalyse zugänglich zu
machen.
Durch Einsatz der Swiss Light Source (SLS) in Villigen, Schweiz, einer
der für biokristallographische Studien stärksten Röntgenquellen
Europas, konnten die Forscher die Struktur des Photolyase/DNA-Komplexes
schließlich aufklären. Es zeigte sich, dass die Bindung des Enzyms
Photolyase an die den CPD-Schaden enthaltende DNA letztere so stark
verknickt, dass der CPD-Schaden vollständig in das aktive Zentrum des
Enzyms klappt. Dieses nun erstmals beobachtete Herausklappen von zwei
DNA-Thyminbasen aus der DNA-Doppelhelix bewirkt, dass der CPD-Schaden
das genannte Molekül vom Flavintyp (den "katalytischen Kofaktor")
unmittelbar kontaktiert. Das von letzterem erzeugte energiereiche
Elektron kann also auf kürzestem Wege zum Schaden gelangen.
Auch einen interessanten Nebeneffekt konnten die Forscher beobachten,
als sie die harte Röntgenstrahlung der SLS auf die Kristalle einwirken
ließen. Normalerweise zerstört die längere Einwirkung von
Röntgenstrahlung die darin enthaltenen Proteine und Nukleinsäuren, weil
sie zur Bildung von freien Elektronen und Radikalen führt. Hier jedoch
bewirkte ihre Einwirkung auf die Photolyase/DNA-Kristalle
unerwarteterweise eine Reparatur des CPD-Schadens bei einer Temperatur
von 173 Grad Celsius unter Null. Offensichtlich konnten die durch
Röntgenstrahlung freigesetzten Elektronen einem ähnlichen Weg folgen
wie die durch blaues Licht im Enzym erzeugten Elektronen. Die Struktur
zeigt demnach einen bei minus 173 Grad Celsius ausgefrorenen Zustand
an, der bei Raumtemperatur nur wenige Nanosekunden nach dem
Reparaturereignis vorliegt.
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