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Watson-Crick-Basenpaarung ist verantwortlich für die UV-Stabilität in DNA

München, 05.09.2014

Ein interdisziplinäres Forscherteam aus Physikern und Chemikern der LMU zeigt, dass die Watson-Crick-Basenpaarung von fundamentaler Bedeutung für die UV-Stabilität von natürlicher DNA ist.

Die faszinierende Struktur der DNA-Doppelhelix wurde vor über 60 Jahren von Watson und Crick entdeckt. Sie wird durch zwei wichtige Wechselwirkungen stabilisiert – die Basenstapelung zwischen benachbarten Basen und die Basenpaarung, vermittelt durch Wasserstoffbrücken, zwischen Basen gegenüberliegender Stränge. Das Basenpaarungsmuster zwischen Guanin und Cytosin, sowie Adenin und Thymin ist essentiell für die Vervielfältigung und Erhaltung der genetischen Information.

Die Gruppen von Prof. Zinth (Lehrstuhlinhaber BioMolekulare Optik) und Prof. Carell (Lehrstuhlinhaber Bioorganische Chemie), insbesondere Dominik Bucher und Alexander Schlüter, verwendeten eine Kombination aus Femtosekunden-Infrarotspektroskopie und bioorganischer Chemie, um eine neue Funktion der Basenpaarung aufzudecken: Sie schützt die DNA von Photoschäden.

Es ist bekannt, dass UV-Strahlung photochemische Reaktionen in DNA hervorruft, die zu Veränderungen in der DNA-Struktur führen. Diese Veränderungen der genetischen Information können zum Zelltod oder zu Krebs führen. In einer kürzlich veröffentlichten Arbeit konnten die Autoren zeigen, dass UV-Strahlung in DNA-Einzelsträngen geladene Radikale erzeugt, von denen bekannt ist, dass sie die DNA schädigen. In ihrer neuen Arbeit untersuchen die Autoren natürliche, doppelsträngige Kalbsthymus DNA. Nach Anregung mit kurzen Laserpulsen entdeckten die Forscher einen unerwartet einfachen Deaktivierungsmechanismus der gefährlichen angeregten Zustände: Jedes angeregte Basenpaar – Guanin und Cytosin, sowie Adenin und Thymin – zerfällt konzertiert zurück in den Grundzustand. Demzufolge kontrolliert die Watson-Crick-Basenpaarung die Dissipation der absorbierten UV-Energie. Dies widerspricht der bisher gängigen Lehrmeinung, dass die Basenabfolge innerhalb eines Strangs verantwortlich für die Deaktivierung angeregter Zustände sei. Ein zweites wichtiges Ergebnis der Untersuchungen betrifft die biologischen Konsequenzen. Die Watson-Crick-Basenpaarung vernichtet die gefährlichen Zustände, die durch UV-Licht in DNA-Strängen gebildet werden. Sie wirkt also als eine Art natürlicher Sonnenschutz und ist daher von fundamentaler Bedeutung, um Leben unter UV-Bestrahlung zu ermöglichen

Die Arbeit wurde unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 749, TP A4 und A5, Exzellenzcluster „Center for Integrated Protein Science Munich (CIPSM)“ und „Munich Center for Advanced Photonics“ (MAP)).

Publikation:

“Watson-Crick Base Pairing Controls the Excited-State Decay in Natural DNA” Dominik B. Bucher, Alexander Schlueter, Thomas Carell and Wolfgang Zinth, Angew. Chem. Int. Ed, 2014, early edition, DOI: 10.1002/anie.201406286

Selected as a “Very Important Paper”

Link: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201406286/abstract