Chemische "Nase" erkennt DNA-Anomalie

Wissenschaftler der UC Riverside gelingt zuverlässiger Nachweis von unüblichen Falten

Chemische Nase: "Riechen" einer Quadruplexstruktur (Foto: R. Hooley, ucr.edu)

Riverside (pte017/04.05.2021/10:30)

Kleine Veränderungen in der Struktur der DNA wurden bereits mit Brustkrebs und anderen Krankheiten in Verbindung gebracht. Sie waren jedoch bis jetzt extrem schwer nachzuweisen. Chemiker der UC Riverside https://www.ucr.edu ist es mittels einer „chemischen Nase" gelungen, zu „riechen", wenn Teile der DNA in einer unüblichen Art und Weise gefalten sind. 

„Ist eine DNA-Sequenz gefalten, könnte das die Transkription eines Gens verhindern, das mit diesem bestimmten Stück der DNA in Verbindung steht," erläutert die Studienautorin Wenwan Zhong. „In anderen Worten könnte das eine positive Auswirkung haben in dem ein Gen stummgeschalten wird, das über das Potenzial verfügt eine Krebserkrankung zu verursachen oder das Wachstum von Tumoren zu fördern." Umgekehrt kann die Faltung der DNA auch negative Auswirkungen haben. „DNA-Falten könnten möglicherweise auch verhindern, dass virale Proteine produziert werden um die Immunreaktion zu minimieren." 

Damit erforscht werden kann, wie diese Falten sich bei Lebewesen positiv oder negativ auswirken, müssen Wissenschaftler zuerst ihre Anwesenheit nachweisen. Das Team Richard Hooley, einen Experten für organische Chemie, modifizierte dafür ein Konzept, das bereits für das Wahrnehmen anderer Dinge wie der chemischen Bestandteile in verschiedenen Jahrgängen von Wein eingesetzt wurde. Die Chemikalien in diesem System können darauf ausgerichtet werden, fast nach jeder Art von Zielmolekül zu suchen. In der Art und Weise wie diese „Nase" normalerweise eingesetzt wird, kann sie jedoch DNA nicht erkennen. Erst als die Forscher zusätzliche nicht dem Standard entsprechende Bestandteile hinzufügten, konnte die Nase auch DNA identifizieren. 

[b]Nachweis über Fluoreszenz[/b]

Menschen erkennen Gerüche laut Hooley in dem sie Luft einatmen, die Geruchsmoleküle enthält, die sich an eine Vielzahl von Rezeptoren in der Nase anbinden. „Unser System ist vergleichbar, da wir über multiple Rezeptoren verfügen, die mit den DNA-Falten nach denen wir suchen interagieren." Die chemische Nase besteht aus drei Teilen: Wirtsmolekülen, fluoreszierenden Gastmolekülen und der DNA, die das Ziel ist. Sind die gewünschten Falten vorhanden, leuchtet der Gast und informiert so die Forscher über das Vorhandensein in einer Probe. 

DNA besteht aus vier Nukleinsäuren: Guanin, Adenin, Cytosin und Thymin. In den meisten Fällen bilden diese Säuren eine Doppelhelixstruktur, die an eine Leiter erinnert. Bereiche, die reich an Guanin falten sich manchmal anders. So entsteht ein G-Quadruplex. Die Teile des Genoms die diese Quadruplexstrukturen bilden sind extrem komplex. Die Forscher haben entdeckt, dass ihre Falten dafür bekannt sind, die Genexpression zu regulieren und eine entscheidende Rolle bei der Gesunderhaltung der Zellen spielen. 

[b]Nächstes Ziel RNA[/b]

Bei diesem Experiment wollten die Forscher zeigen, dass sie eine bestimmte Art von Quadruplex entdecken können, der aus vier Guaninen besteht. Laut Zhong ermutigt der Erfolg in diesem Bereich weiterzuarbeiten. „Wir können mehr erreichen. Es gibt andere dreidimensionale Strukturen in der DNA und wir wollen auch sie verstehen." In einem nächsten Schritt soll untersucht werden, wie Kräfte die, die DNA schädigen die Art beeinflussen wie sie sich falten. Das Team wird auch die Faltung der RNA untersuchen, da auch sie in einer Zelle wichtige Funktionen hat. RNA verfügt über eine noch komplexere Struktur als die DNA erläutert Zhong. Sie sei auch schwerer zu analysieren. Die Analyse der Struktur verfüge jedoch über ein großes Potenzial in der Erforschung von Krankheiten." Die Forschungsergebnisse wurden in „Nature Chemistry" veröffentlicht. 

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