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DNA-Molekül: Bisher übersehene DNA-Knoten regulieren Gene

Man wusste nach theoretischen Spielereien, dass DNA-Abschnitte im Prinzip auch in Form kurzer verknoteter Schleifen stabil sind. Verblüffenderweise kommen diese Knötchen in lebenden Zellen häufiger vor als gedacht - und übernehmen offenbar sogar eine Rolle bei der Genregulation.
DNA-Schleifen mit i-MotivLaden...

Eine seltene und biochemisch seltsame DNA-Schleifenstruktur könnte eine womöglich häufige und übersehene Rolle spielen: Die bisher nur unter künstlichen Bedingungen bekannten und theoretisch beschriebenen »i-Motiv«-DNA-Abschnitte kommen in eng definierten Zeitfenstern und ganz bestimmten Regionen des Zellkerns auch in lebenden Zellen vor, berichten nun Forscher. Es sei gut denkbar, dass die gezielte Umkonfiguration der DNA eine unbekannte Funktion bei der Regulation von Genen hat, meint ein australisches Team im Fachblatt »Nature Chemistry«.

DNA liegt in den meisten Fällen in der typischen B-DNA-Konfiguration vor, unter bestimmten Umständen lagert sich das Molekül aber auch um. Dann können, so viel war in der Theorie lange bekannt, auch kurze DNA-Abschnitte mit »i-Motiven« entstehen: Hier lösen sich cytosinreiche DNA-Einzelstränge in Schleifen aus der üblichen Doppelhelixstruktur, wobei der Ausreißerstrang sich selbst über Wasserstoffbrücken stabilisiert, die die Cytosinbasen miteinander ausbilden. Im Normalfall binden Cytosinbasen (C) auf einem DNA-Einzelstrang sonst Wasserstoffbrücken mit Guaninbasen (G) auf einem Partnerstrang und bauen so – zusammen mit Adenin-Thymin-Verpaarungen (A-T) – die typische stabile Doppelhelixstruktur der DNA auf.

I-Motiv-DNALaden...
I-Motiv-DNA | Die bislang eher als theoretische Möglichkeit der DNA-Konfiguration angesehenen »i-Motive« bilden sich an Regionen mit besonders vielen Cytosinbasen. Die C-reichen Einzelstränge lösen sich dabei aus der Doppelhelix und verknoten sich auf eine Weise, die dann Wasserstoffbrücken zwischen den Cytosinbasen ermöglicht. Äußerlich entsteht ein Knoten – an dem dann womöglich genregulatorische Enzyme ihren Startpunkt erkennen könnten.

Die i-Motiv-DNA-Abschnitte ähneln einem in sich verdrehten Knoten, beschreiben die Forscher um Daniel Christ vom Garvan Institute for Medical Research in Australien, die mit einem speziellen, neu entwickelten Antikörper auf die Suche nach den Strukturen gegangen waren. Die Strukturen bilden sich nur bei bestimmten pH-Werten und in bestimmten Regionen der Chromosomen, in denen aktive Genregulationsprozesse ablaufen, etwa den Telomeren oder bestimmten bekannten Promotoren, also regulatorischen Abschnitten. Zudem bilden sich die i-Motive vor allem in der G1-Phase des Zellzyklus, in der die Gene im Zellkern aktiv sind und abgelesen werden. In den nächsten Schritten wollen die Forscher nun untersuchen, ob spezielle Regulationsschritte mit den i-Motiven in Zusammenhang stehen – oder ob diese vielleicht ein genereller Kunstgriff der Zelle sind, der bisher einfach nur deswegen übersehen wurde, weil er rasch und reversibel abläuft.

17/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 17/2018

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