Spezielle Eigenschaften ungewöhnlicher DNS
Bei DNS handelt es sich normalerweise um eine doppelte oder doppelsträngige Struktur. Manchmal können die für den Aufbau verantwortlichen Nukleinsäuren allerdings ungewöhnliche Strukturen formen, bei denen bspw. ein Überangebot an Basen Guanin gibt. Hierbei werden viersträngige Nukleinsäurestrukturen namens G-Quadruplexe (G4) gebildet, die im Vergleich zur gewöhnlichen doppelsträngigen Anordnung ein hohes Maß an Plastizität aufweisen. Polymorphismus, Strapazierfähigkeit und ein schnelles Falten machen die einzigartigen Eigenschaften aus. Diese Eigenschaften werden in biologische Funktionen übersetzt, die für Erkrankungen und Alterungsprozesse von Bedeutung sind – G4 kommen in großer Zahl in Telomeren sowie in Krebsgenen vor und könnten für die Lebenszyklen von Viren wichtig sein. Das Projekt „Single unusual DNA“ (SINGLE UNUSUAL DNA) demonstrierte eine neue Art von Doppel-Quadruplex-Anordnung, die die Bildung eines ungeahnten Trimolekular-Quadruplexes ermöglichte. Die Forscher nutzten Magnetpinzetten, um auf die neuen ungewöhnlichen DNS-Strukturen im picoNewton-Bereich (pN) Kräfte anzuwenden. Ein Newton wurde durch eine Million geteilt, um eine genaue pN-Kraft abzuleiten, mit der geringfügige Ausbildungsänderungen induziert werden könnten, um Details deren Struktur zu entschlüsseln. Unter Anwendung der Prämisse, dass bei der G-Quadruplex-Bildung ein kompatibles Kation wie Sodium (Na+) vorhanden sein muss, gab das Team Na+ hinzu, um die Quadruplex-Bildung zu induzieren. Eine Variierung der Zuckermenge zeigte, dass die Eigenschaften des G-Quadruplexes von den Umgebungskonzentrationen abhängen. Des Weiteren induzierten Hydroxylionkonzentrationen positionsspezifische Wirkungen. Im Hinblick auf die Anwendung machte das Team ebenfalls die Entdeckung, dass über die Kontrolle des Inkubationspuffers und daher des pH eine Struktur mit zwei verschiedenen Quadruplexen geschaffen werden konnte. Eine solche Struktur kann zur Untersuchung einzelner Moleküle in ein DNS-Logikgatter verwandelt werden. Die Projektarbeit wurde in namhaften Fachzeitschriften veröffentlicht. Hier zählen Angewandte Chemie International Edition sowie Chemical Science, and Chemistry – A European Journal. Die Arbeit wurde außerdem von Faculty of 1000 als neue Erkenntnis hervorgehoben. Da G4 ein Bestandteil biologisch wichtiger Strukturen sind, wird damit gerechnet, dass deren Anwendung einen erheblichen Einfluss auf den Bereich der Forschung und der Medizin haben wird. Dies könnte die Behandlung chronischer Erkrankungen infolge von Alterungsprozessen oder Krebs betreffen.
Schlüsselbegriffe
DNS, Magnetpinzette, Guanin, G-Quadruplex, Telomer, Krebs