Chemische Nase: Riechen einer Quadruplexstruktur
Chemische Nase: "Riechen" einer Quadruplexstruktur

Bildquelle: R. Hooley/University of California, Riverside

Früherkennung von Krebs & Co.

Chemische Nase erkennt verdächtige "Falten" in der DNA

Chemiker der University of California, Riverside können mittels einer neuen "chemischen Nase" erkennen, wenn Teile der DNA in einer unüblichen Art und Weise gefaltet sind. Kleine Veränderungen in der Struktur der DNA wurden bereits zuvor mit Brustkrebs und anderen Krankheiten in Verbindung gebracht.

Details wurden in "Nature Chemistry" veröffentlicht.

"Ist eine DNA-Sequenz gefaltet, könnte das die Transkription eines Gens verhindern, das mit diesem bestimmten Stück der DNA in Verbindung steht", so Studienautorin Wenwan Zhong. "Das könnte eine positive Auswirkung haben, indem ein Gen stummgeschaltet 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."

Das Team um Richard Hooley, einem Experten für organische Chemie, hat ein Konzept modifiziert, das bereits für das Wahrnehmen anderer Dinge, wie chemischer Bestandteile in verschiedenen Jahrgängen von Wein, eingesetzt wird. 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.

Die Illustration zeigt, wie das System auf G-quadruplex-Strukturen reagiert
Die Illustration zeigt, wie das System auf G-quadruplex-Strukturen reagiert

Bildquelle: R. Hooley/University of California, Riverside

Menschen erkennen Gerüche, indem sie Luft einatmen, die Geruchsmoleküle enthält, die sich an viele 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 letztlich 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 dreidimensionale Doppelhelixstruktur, die an eine Leiter erinnert. Bereiche, die reich an Guanin sind, 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.

Bei ihrem Experiment wollten die Forscher zeigen, dass sie eine bestimmte Art von Quadruplex entdecken können, der aus vier Guaninen besteht. Laut Zhong ermutigt der Erfolg zum Weiterarbeiten. "Wir können mehr erreichen. Es gibt andere 3D-Strukturen in der DNA und wir wollen auch sie verstehen." Nun 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. Sie sei auch schwerer zu analysieren, verdeutlicht Zhong abschließend.


Quelle: University of California, Riverside/pressetext

05.05.2021

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