Neuartige metallierte Basenpaare und anderer ungewöhnlicher DNA-Motive
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das im Rahmes des Emmy Noether-Programms geförderte Projekt „Neuartige metallierte Basenpaare und andere ungewöhnliche DNA-Motive“ befasste sich erfolgreich mit einer neuartigen Methode zur Funktionalisierung von Nucleinsäuren mit Metallen. Das Biomolekül DNA, in der Natur verantwortlich für die Speicherung von Erbinformation, wurde in diesen Arbeiten in einen völlig anderen Kontext gestellt. Losgelöst vom ihrem biologischen Ursprung wurden künstliche DNA-Doppelhelices so modifiziert, dass man das evolutionär optimierte Biomolekül quasi als Gerüst für die Anordnung von Metallionen benutzen kann. Hierzu wurden zahlreiche sogenannte metallionen-vermittelte Basenpaare entwickelt. Durch geeignete Wahl der Sequenz einer solchen künstlichen DNA kann man die Eigenschaften der resultierenden, metallmodifizierten Nucleinsäuren beeinflussen. Eine solch präzise Kontrolle über die Anordnung von Metallionen ist Voraussetzung für ihre potenziellen Anwendungen, beispielsweise als selbstassoziierende molekulare Drähte oder Nanomagneten oder auch als Katalysatoren in chemischen Reaktionen. So gelang zum Beispiel die Synthese einer DNA-Doppelhelix mit 19 direkt aufeinander folgenden, metallionen-vermittelten Basenpaaren. Hierbei handelt es sich um die längste metallmodifizierte DNA dieser Art, über die bisher berichtet wurde. Ihr Vorteil gegenüber vergleichbaren Systemen liegt in der nur moderaten thermischen Stabilität eines einzelnen künstlichen Basenpaars, was eine reversible Selbstassoziation auch bei hohem Metallierungsgrad erlaubt. Solche Systeme sind insbesondere im Hinblick auf die Entwicklung molekularer Drähte von großem Interesse. Bei einem anderen in diesem Projekt entwickelten System beobachtet man eine Änderung der DNA-Struktur, die ausschließlich in Gegenwart geeigneter Metallionen stattfindet. In diesem Fall liegt ein DNA-Fragment in Form einer Haarnadelstruktur vor, die in ihrer Schleife künstliche Nucleoside trägt. Liegen zur Ausbildung metallionen-vermittelter Basenpaare befähigte Metallionen vor, so lagert sich die Haarnadel in eine signifikant stabilere, „reguläre“ Doppelhelix um. Man kann sich gut vorstellen, dass die Strukturänderung eines solchen Systems als Grundlage für die Entwicklung eines Sensors für Metallionen dienen kann. Die im Rahmen dieses Projekts gewonnenen Erkenntnisse legen den Grundstock für weitergehende Arbeiten. Auch in Zukunft werden wir neue, künstliche Nucleoside für metallionen-vermittelte Basenpaare entwickeln und die potenzielle Anwendbarkeit der resultierenden Nucleinsäuren beispielsweise in der analytischen Chemie, in der medizinischen Chemie und – wie weiter oben erwähnt – in der Katalyse eingehend untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „[(1-Methylcytosine)2H]I, an asymmetric base bair”. Acta Cryst. 2005, E61, o320-o322
J. Müller, E. Freisinger
- „[Hg(9-methyl-1-deazapurine)2](NO3)2 · H2O: a complex with a distorted hexagonal bipyramidal metal ion coordination sphere”. Inorg. Chim. Acta 2005, 358, 1225-1230
J. Müller, F.-A. Polonius, M. Roitzsch
- „Metal Ion Coordination to Azole Nucleosides”. Chem. Eur. J. 2005, 11, 6246-6253
J. Müller, D. Böhme, P. Lax, M. Morell Cerdà, M. Roitzsch
- „6-Nitro-1-deazapurine”. Acta Cryst. 2006, E62, o223-o225
J. Müller, E. Gil Bardají, F.-A. Polonius
- „Metals line up for DNA“. Nature 2006, 444, 698
J. Müller
- „3,5-Di-p-toluoyl-1,2-dideoxy-β-1-(imidazol-1-yl)-D-ribofuranose”. Acta Cryst. 2007, E63, o4693
N. Düpre, W.-Z. Shen, P. J. Sanz Miguel, J. Müller
- „Conformational Change Induced by Metal-Ion-Binding to DNA Containing the Artificial 1,2,4-Triazole Nucleoside”. Inorg. Chem. 2007, 46, 10114-10119
D. Böhme, N. Düpre, D. A. Megger, J. Müller
- „Differential reactivity of α and β 2’-deoxyribonucleosides towards protonation and metalation”. J. Inorg. Biochem. 2007, 101, 470-476
J. Müller, D. Böhme, N. Düpre, M. Mehring, F.-A. Polonius
- „Ein durch Wasserstoffbrücken und Metallionenbindung vermitteltes, künstliches Basenpaar”. Angew. Chem. 2007, 119, 5698-5701; Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5602-5604
F.-A. Polonius, J. Müller
- „Interaction of Pt(II) and Pd(II) complexes of terpyridine with 1-methylazoles: A combined experimental and density functional study”. Inorg. Chim. Acta 2007, 360, 255-263
J. Müller, E. Freisinger, P. Lax, D. A. Megger, F.-A. Polonius
- „Metal-Ion-Mediated Base Pairs in Nucleic Acids“. Eur. J. Inorg. Chem. 2008
J. Müller
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/ejic.200800301) - „X-Ray Crystallographic Study of Several 2´-Deoxy-β-d-ribonucleosides with 1- Deazapurine-Derived Aglycones”. Carbohydr. Res. 2008, 343, 397-403
J. Müller, F.-A. Polonius, E. Freisinger, E. Gil Bardají
