Metallkomplex-DNA-Konjugate als allosterische Signalwandler
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projekts „Metallkomplex-DNA-Konjugate als allosterische Signalwandler“ wurden neuartige homogene Detektionsverfahren für den sequenzspezifischen Nachweis von Nucleinsäuren entwickelt. Als Reagenzien verwendet das Verfahren kurze DNA-Stränge, die an beiden Enden mit Chelatliganden modifiziert sind. Diese modifizierten DNAs bilden mit austauschlabilen Metallionen wie Zn2+ und Cu2+ sehr stabile, ringförmige Metallkomplexe. In Gegenwart einer komplemetären Nucleinsäure (dem zu detektierenden „Target“) wird die ringförmige Struktur durch Bildung einer starren, stabförmigen DNA-Doppelhelix aufgebrochen und das Metallion freigesetzt. Das Metallion bildet dann mit synthetischen Liganden oder mit metallabhängigen (und zuvor demetallisierten) Enzymen aktive Kataylsatoren, die z.B. farblose Substrate in Farbstoffe umwandeln und so ein amplifiziertes optisches Signal generieren. Die Vorteile dieses Konzepts für die Nucleinsäuredetektion sind: Einfache Handhabung („mix-and-measure“); Kurze Ansprechzeiten, z.T. nur 30 Sekunden („Schnelltest“); Modularer Aufbau (Komponenten unabhängig voneinander variierbar). Der wesentliche Nachteil ist: Die geringe Sensitivität („nur“ nanomolare Nucleinsäurekonzentrationen nachweisbar). Ursache der geringen Sensitivität ist in allen untersuchten Systemen ein hoher Signalhintergrund, d.h. auch in Abwesenheit des Targets wird ein Signal detektiert, und das Signal-zu-Hintergrund Verhältnis ist unbefriedigend. Die Gründe hierfür sind unterschiedlich, ein Problem war z.B. die unvollständige Demetallisierung der Enzyme zu inaktiven Apo-Enzymen. Damit die Nucleinsäure-Schnelltests für praktische Anwendungen in der Bioanalytik und In-vitro-Diagnostik interessant werden, muss der Signalhintergrund reduziert und die Sensitivität um mindestens drei Zehnerpotenzen gesteigert werden (Nachweis picomolarer Nucleinsäure-Konzentrationen).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A Metal-Ion-Releasing Probe for DNA detection by Catalytic Signal Amplification. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4013-4015
N. Graf, M. Göritz, R. Krämer
- Cellular Uptake of PNA-Terpyridine Conjugates and Its Enhancement by Zn2+ Ions. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 5986-5987
A. Fuessl, A. Schleifenbaum, M. Goeritz, A. Riddell, C. Schultz, R. Krämer, Roland
- Enzymatic amplification in a bioinspired, autonomous signal cascade. Chem. Commun. 2006, 4375-4376
N. Graf, R. Krämer
- Probing single-stranded DNA and ist biomolecular interactions through direct catalytic activation nof factor XII, a protease of the blood coagulation cascade. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2006, 349, 1011-1015
V. Pavlov, M. Zorn, R. Krämer
- Synthese modifizierter Oligonucleotid-Sonden für den DNA-Nachweis durch katalytische Signalamplifikation. Dissertation, Heidelberg 2006
Nora Graf
(Siehe online unter https://doi.org/10.11588/heidok.00006945) - Synthese und biologische Anwendung modifizierter Peptidnucleinsäuren. Dissertation, Heidelberg 2007
Andreas Füßl
- Using enzymatic amplification by aldolase for the optical detection of DNA by an artificial signal cascade. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2008, 18, 4786- 4788
N. Graf, S. Kassube, R. Krämer
- Lanthanide-based fluorogenic peptide substrate for the highly sensitive detection of thermolysin. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2009, 19, 5757-5759
A.-K. Marguerre, R. Krämer
- Synthese und bioanalytische Anwendung Lanthanid-markierter Peptide und Nucleinsäuren. Dissertation, Heidelberg 2009
A. K. Marguerre
(Siehe online unter https://doi.org/10.11588/heidok.00009870) - Synthese und Anwendung Metallkomplex-modifizierter Oligonucleotide. Dissertation, Heidelberg 2010
A. Sprödefeld
(Siehe online unter https://doi.org/10.11588/heidok.00010737)
