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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-Licht-absorption gebracht worden sind.

Bild-Presse-zinth

UV-Anteile des Sonnenlichts schädigen die Haut und können Zelltod, Mutationen und letztendlich Krebs verursachen. Auf molekularer Ebene startet dabei die Absorption von UV-Strahlung photochemische Reaktionen in der DNA - dem Träger der genetischen Information - und verursacht somit Mutationen. Seit 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 DNA-Strängen beobachteten die Forscher ladungsgetrennte Zustände, die ca. 100-mal länger leben, als die angeregten Einzelbasen. Die Richtung des Ladungstransfers wird dabei von der DNA-Sequenz bestimmt. Die langanhaltende Anwesenheit von geladenen Radikalen in DNA-Strängen nach UV-Anregung unterscheidet sich somit drastisch von der effizienten Deaktivierung in den einzelnen Basen.


Geladene Radikale werden normalerweise in der DNA durch chemische 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)