Medizin

DNA kann nicht nur Erbinformation

Montag, 18. Januar 2016

Göttingen – Über ihre bekannte Rolle als Träger von Erbinformationen hinaus kann die DNA ebenso wie viele Proteine auch enzymatisch wirken und chemische Reaktionen katalysieren. Göttinger Forscher um Claudia Höbartner und Vlad Pena haben nun die räumliche Struktur eines DNA-Enzyms im atomaren Detail sichtbar gemacht und können damit zeigen, wie die DNA arbeitet, um als Enzym zu wirken. Die Arbeit ist in der Zeitschrift Nature erschienen (doi:10.1038/nature16471).

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Anders als katalytische Proteine und RNAs hat man DNA-Enzyme, auch Desoxyribo­zyme genannt, bisher in lebenden Zellen nicht gefunden. Wissenschaftler stellen diese künstlich her, indem sie eine Vielzahl einzelner DNA-Stränge produzieren und anschließend jene herausfiltern, die enzymatisch aktiv sind, also chemische Reaktionen katalysieren.

Die Desoxyribozyme können dann als Werkzeuge in der Forschung dienen. Sie werden beispielsweise dafür eingesetzt, RNA-Moleküle an einer definierten Stelle zu schneiden oder zwei RNAs miteinander zu verknüpfen. Außerdem hofft man, sie auch in der Medizin nutzen zu können, um etwa an Krankheiten beteiligte Gene gezielt auszu­schalten.

„Um wirksame Desoxyribozyme für einen bestimmten Zweck zu optimieren, müssen wir zunächst mehr darüber lernen, wie sie im Detail funktionieren“, erläutert Höbartner, Leiterin der Gruppe Nukleinsäurechemie am Göttinger Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie und Mitarbeiterin am Institut für organische und biomolekulare Chemie an der Universität Göttingen. Eine solche Desoxyribozym-Struktur zu ermitteln versuchen Forscher, seit DNA-Enzyme vor mehr als 20 Jahren entdeckt wurden. Die Arbeitsgruppe hat jetzt die räumliche Struktur eines Desoxyribozyms mit atomarer Genauigkeit analysiert und damit detaillierte Einblicke in dessen Funktionsweise gewonnen.

Das untersuchte DNA Enzym katalysiert das Ausbilden einer natürlichen chemischen Bindung zwischen zwei RNA-Molekülen, die dadurch zu einem einzigen RNA-Strang verschmelzen. Die Struktur der Göttinger Chemiker zeigt das Desoxyribozym am Ende dieser Reaktion. Damit belegen die Göttinger Wissenschaftler: DNA-Enzyme nehmen, ebenso wie enzymatische RNAs und Proteine, eine definierte dreidimensionale Struktur ein, um ihre katalytische Aufgabe zu erfüllen.

„Daraus ergibt sich die spannende Frage, ob komplexere DNA-Strukturen nicht auch in der Natur eine Rolle spielen könnten, ähnlich wie wir es bisher nur von RNAs und Proteinen kennen“, erläutert Pena, der am MPI für biophysikalische Chemie die Forschungsgruppe makromolekulare Kristallografie leitet. © hil/aerzteblatt.de

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