Neuer Deaktivierungsmechanismus von

Neuer Deaktivierungsmechanismus von angeregter DNA entdeckt
München, den 27.03.2014
Forscher der LMU konnten einen neuen Deaktivierungsmechanismus von angeregter
DNA aufdecken. Die Anregung mit UV-Strahlung erzeugt dabei reaktive DNA-Zustände
die zu Schäden führen können, die bisher nicht in Zusammenhang mit UV-Lichtabsorption gebracht worden sind.
UV-Anteile des Sonnenlichts schädigen die Haut und können Zelltod, Mutationen und
letztendlich Krebs verursachen. Auf molekularer Ebene startet dabei die Absorption von UVStrahlung photochemische Reaktionen in der DNA - dem Träger der genetischen Information
- und verursacht somit Mutationen. Seid langem ist bekannt, dass die Natur auf molekularer
effiziente Wege gefunden hat, um sich vor diesen Schäden zu schützen. So verwandeln
einzelne Bausteine der DNA, die DNA-Basen, die schädliche Lichtenergie äußerst schnell
und effizient in Wärme und reduzieren somit die Schadenshäufigkeit. In lebenden
Organismen ist die genetische Information jedoch nicht in einzelnen, isolierten Basen,
sondern in deren Abfolge im DNA-Strang gespeichert. Es zeigte sich hier, dass der Einbau
der einzelnen Basen in den DNA-Strang die photochemischen Eigenschaften verändert und
dass der effiziente Deaktivierungsmechanismus der einzelnen Basen nur noch eine
untergeordnete Rolle spielt.
Im Rahmen des SFB 749 konnten die Gruppen um Prof. Zinth (Fakultät für Physik) und Prof.
Carell (Fakultät für Chemie und Pharmazie) den Zerfall der Anregung in DNA-Strängen im
Detail aufklären. Die DNA-Stränge wurden dabei mit ultrakurzen UV-Laserpulsen angeregt
und die weitere Entwicklung mit Infrarotspektroskopie zeitaufgelöst verfolgt. Die
Infrarotspektroskopie ermöglicht dabei molekulare Änderungen der DNA Basen zu
identifizieren. Nach der gezielten Anregungen einer DNA Base in den untersuchten DNASträngen beobachteten die Forscher ladungsgetrennte Zustände, die ca. 100-mal länger leben,
als die angeregten Einzelbasen. Die Richtung des Ladungstransfer wird dabei von der DNASequenz bestimmt. Die langanhaltende Anwesenheit von geladenen Radikalen in DNASträngen nach UV-Anregung unterscheidet sich somit drastisch von der effizienten
Deaktivierung in den einzelnen Basen.
Geladene Radikale werden normalerweise in der DNA durch chemischen Reaktionen mit
kleinen reaktiven Molekülen verursacht, die unter anderem durch die Zellatmung entstehen.
Die Ergebnisse der Gruppen Zinth und Carell zeigen, dass solche geladenen Radikale auch
direkt durch Absorption von UV-Licht in der DNA entstehen. Diese neu entdeckte
Radikalbildung kann möglicherweise zu oxidativen Schäden führen, die bisher noch nicht in
Zusammenhang mit UV-Licht gebracht worden sind.
Die Arbeit wurde von der DFG im Rahmen des Sonderforschungsbereich (SFB) 749
„Dynamik und Intermediate molekularer Transformationen“ und des Excellenzclusters
„Center for Integrated Protein Science Munich“ (CISPM) gefördert.
Publikation:
“Charge separation and charge delocalization identified in long-living states of photoexcited
DNA” Dominik B. Bucher, Bert M. Pilles, Thomas Carell and Wolfgang Zinth, PNAS, 2014,
early edition (10.1073/pnas.1323700111)