DNA Charge Transport in Signaling: In Vitro Studies of the Effect of Signaling Partner Interactions on Enzymatic Activity
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde der Einfluss von DNA-vermitteltem Ladungstransport auf das Replikationsenzym DNA Polymerase δ (aus S.cerevisiae) untersucht. DNA-vermittelter Ladungstransport (DNA CT) ist sehr empfindlich gegenüber jeglicher Störung im Stacking der Basen, wobei eine einzige Basenfehlpaarung ausreicht, um den Ladungstransport zu unterbinden. Wie zahlreiche DNA Reparaturenzyme beinhaltet auch das Replikationsenzym Polymerase δ einen redox-aktiven [4Fe4S] Cluster. Während die DNA-Reparaturenzyme bereits relativ gut untersucht wurden, stehen die Replikationsenzyme erst seit kürzerer Zeit im Fokus des Interesses. Allgemein konnte bisher gezeigt werden, dass der Oxidationszustand eines [4Fe4S]-haltigen Enzymes maßgeblichen Einfluss auf dessen DNA-Bindungsaffinität sowie faszinierenderweise oft auch auf dessen Aktivität hat. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde ein Modell entwickelt, welches Signalübermittlung mittels DNA CT als Grundlage für die Koordination der Suche nach DNA-Schäden ansieht. Die Kernfragen des vorliegenden Projektes waren: Wie beeinflusst „Oxidation aus der Entfernung“ mittels DNA-vermitteltem Ladungstransport die Bindung und Aktivität des Replikationsenzyms DNA Polymerase δ? Kann die Fähigkeit des Enzyms mittels DNA CT oxidiert oder reduziert zu werden durch Mutationen von Aminosäuren in der Umgebung des FeS-Clusters, welche am Elektronentransport von der DNA zum Cluster beteiligt sein könnten, beeinflusst werden? Ist es möglich, dass zwei potentiell redox-aktive Enzyme mittels DNA CT miteinander „kommunizieren“? 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.
Publications
- DNA Charge Transport in Signaling: Influence on the Enzymatic Activity of Polymerase δ, Caltech CCE Seminar Day, 2018
S. G. Koenig, P. L. Bartels, T. Mondol, P. M. J. Burgers, J. K. Barton
- DNA Charge Transport in Signaling: Influence on the Enzymatic Activity of Polymerase δ, SoCal Bioinorganic Chemistry Conference, Dec. 2018
S. G. Koenig, P. L. Bartels, T. Mondol, P. M. J. Burgers, J. K. Barton
