Wissenschaftler der LMU München mit bahnbrechenden Erkenntnissen zur DNA-Reparatur

Wie Mutationen entstehen und wieder entfernt werden

06.12.2004

Professor Thomas Carell, Bereich Organische Chemie am Department Chemie und Biochemie der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und seine Mitarbeiter konnten in zwei Studien zeigen, wie DNA-Reparaturenzyme Schäden aufspüren, und wie an der Zellteilung beteiligte Enzyme, die Polymerasen, die DNA-Schäden überlesen und so Mutationen erzeugen.

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 enthielt. "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."

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