NMR-Tieftemperaturuntersuchungen zur Wasserstoffbrücken-vermittelten Erkennung von Nukleobasen

• Applicant: Professor Dr. Klaus Weisz
• Subject Area: Biological and Biomimetic Chemistry
• Term: from 2008 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 59696658

Die verlässliche Speicherung der genetischen Information als auch deren identische Weitergabe an Tochterzellen (Replikation) und Übersetzung in Aminosäuresequenzen der Proteine (Translation) beruht auf der spezifischen Ausbildung von Pyrimidin-Purin Watson-Crick Basenpaaren. Allerdings kann es gewollt oder ungewollt in der lebenden Zelle auch zur Ausbildung von nichtkanonischen Basenpaarungen mit unterschiedlichem Einfluss auf das physiologische Geschehen kommen. So besitzt Inosin, als universelle Base wichtiger Bestandteil vieler tRNA’s, die Fähigkeit, mehrere Basen zu erkennen und mit diesen Basenpaare auszubilden. Mutagen-wirkende 5-halogenierte Uracilbasen führen wiederum nach Einbau in die DNA vermehrt zu auftretenden Fehlpaarungen mit Guanin. Eine in letzter Zeit oft diskutierte generelle Frage betrifft auch den früher vernachlässigten Einfluss des DNA-Rückgrats auf die molekulare Basenerkennung. Rückgratmodifizierte, nicht-ionische DNA-Analoga werden zunehmend als sog. Antisense- Agenzien zur DNA- und RNA-Hybridisierung eingesetzt und können dabei auch als wichtige Modelle bei der Frage nach den strukturellen Voraussetzungen von Nukleinsäuren als Speicher genetischer Information dienen.Im Rahmen des hier vorgestellten Projektes sollen die genannten physiologisch bedeutsamen, molekularen Erkennungsprozesse unter dem Aspekt der bevorzugten Geometrie und Stärke von ausgebildeten Wasserstoffbrücken an kleineren Modellsystemen beleuchtet werden. Mit der Tieftemperatur-NMR-Spektroskopie in tiefschmelzenden Freon-Lösungsmitteln steht dabei eine einzigartige Methode zur Verfügung, um in Lösung gezielt bevorzugte Konformationen und Wasserstoffbrücken zwischen freien Nukleosiden und nicht-ionischen Dinukleotiden im langsamen Austausch von Protonen- und Wasserstoffbrückenbindungen und ohne weitere Nachbargruppeneinflüsse zu untersuchen und im Detail zu charakterisieren.

• DFG Programme: Research Grants