DNA-vermittelter Ladungstransport zur Signalübermittlung: In vitro Untersuchungen des Effektes von Interaktionen zwischen Signalpartnern auf die enzymatische Aktivität

• Antragstellerin: Dr. Sandra König
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403201756

Zusätzlich zu ihrer Primärfunktion als Speicher genetischer Informationen kann DNA auch als Vermittler von Ladungstransport fungieren. Dieses als „DNA CT“ bezeichnete Phänomen ist hochempfindlich gegenüber jeglicher Störung im Stacking der Basen, wobei eine einzige Basenfehlpaarung ausreicht, um DNA CT zu unterbinden. Zahlreiche DNA Reparaturenzyme beinhalten einen redoxaktiven [4Fe4S] Cluster, dessen Oxidationszustand maßgeblichen Einfluss auf die DNA-Bindungsaffinität hat. Faszinierenderweise wurden darüber hinaus Belege gefunden, dass Redox-Signalübermittlung zwischen Reparaturenzymen via DNA CT essentiell für deren Aktivität sein kann. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde ein Modell entwickelt, welches DNA CT Signaling als Grundlage für die Koordination der Suche nach Schäden in DNA ansieht.In letzter Zeit wurden auch in einer Vielzahl von DNA Replikationsenzymen [4Fe4S] Cluster nachgewiesen. Daraus resultieren neue, wichtige Fragen: Kann Redox-Signalübertragung mittels DNA CT auch die Bindung und Aktivität von Replikationsenzymen beeinflussen? Können diese gar mittels DNA CT „kommunizieren“?Derzeit ist noch wenig über die Oxidation von Replikationsenzymen via DNA CT bekannt, weswegen im ersten Teil des hier vorgestellten Forschungsprojektes grundlegende Untersuchungen zum Einfluss des Oxidationszustandes auf Bindungsaffinität und Enzymaktivität durchgeführt werden. Dazu wird ein kovalent an DNA gebundener Übergangsmetallkomplex als synthetischer Signalpartner eingesetzt. Verschiedene [4Fe4S] Replikationsenzyme werden jeweils mit diesem modifizierten Strang inkubiert, wobei der Metallkomplex bei Bestrahlung als Photooxidans agiert. Auf diese Weise soll das jeweilige Replikationsenzym aus der Ferne via DNA CT oxidiert und anschließend untersucht werden.Im zweiten Teil wird ein Protein-Signalpartner anstelle des Metallkomplexes eingesetzt. Dieses Protein wird zunächst separat oxidiert und anschließend zu einem Aktivitätsassay für das Replikationsenzym von Interesse hinzugegeben, welches aus der Ferne mittels DNA CT oxidiert werden soll. Es wird erwartet, dass auch in diesem Fall Änderungen in Bindung oder Aktivität nachgewiesen werden können. Durch die Untersuchung der Signalübertragung zwischen nativen Proteinpartnern wie Primase und Polymerase α wird somit ein maßgeblicher Beitrag zum Verständnis, wie diese Enzyme in der Natur ihre Aktivitäten koordinieren, erwartet. Weiterhin wird auch die Untersuchung von Redox-inaktiven Mutanten eine wichtige Rolle spielen, da derartige Mutationen mit der Entstehung von Krebs und anderen Krankheiten in Verbindung gebracht wurden.Insgesamt ist ein tieferes Verständnis dieser Prozesse von großer Bedeutung, da korrekte DNA Replikation essentiell alle lebenden Organismen ist. Die Aufklärung der Rolle von DNA CT als Mittel für Signalübertragung zwischen Enzymen über größere Distanzen birgt das Potential, einen fundamentalen Beitrag zu unserem Verständnis zellulärer Funktionen zu liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Jacqueline Barton, Ph.D.