NMR-Tieftemperaturuntersuchungen zur Wasserstoffbrücken-vermittelten Erkennung von Nukleobasen
Final Report Abstract
Wir haben im Rahmen dieses Projektes versucht, gezielt Informationen zur Wasserstoffvermittelten Erkennung in Modellsystemen, die in Bezug zu physiologisch relevanten Nukleinsäuresystemen stehen, zu erhalten. Die Separation von H-Brücken-Wechselwirkungen von mit diesen normalerweise überlagerten Einflüssen wie sterische und Hydratationseffekte wurde dabei durch Kombination einfacher Modellsysteme in aprotischen Lösungsmitteln und der Tieftemperatur-NMR-Technik realisiert. Es konnten dabei grundlegende Erkenntnisse zum Assoziationsverhalten von Nukleosiden bzw. nicht-ionischen Nukleosidanaloga gewonnen werden, die gerade auch für das Verhalten in wässrigem Medium wichtige Rückschlüsse zulassen. Beispielhaft seien hier erwänt: 1) das universelle Nukleosid Inosin paart mit Cytidin unter Ausbildung einer bemerkenswert starken NHN-Wasserstoffbrücke; Watson-Crick und Hoogsteen-Paarungen mit Adenosin werden jedoch hinsichtlich der gebildeten H-Brücken kaum diskriminiert. 2) Kurze, nicht-ionische Nukleinsäuren folgen bei der Hybridisierung in apolaren Lösungsmitteln dem universellen Erkennungscode; dieser ist unter den spezifischen Bedingungen allerdings weit weniger robust als bei natürlichen Nukleinsäuren in einer wässrigen Umgebung und erlaubt auch verstärkt die Bildung alternativer Strukturen. 3) Die im Kontext längerer, doppelhelikaler DNA-Strukturen in Wasser vielfach beobachtete erhöhte Flexibilität einer TA im Vergleich zu einer AT Basenabfolge wird auch auf der Dinukleotid-Ebene in aprotischen Lösungsmitteln über gebildete Alternativstrukturen und schwächere Wasserstoffbrücken in TSiA gefunden; dies bestätigt auch die Bedeutung der Stapelwechselwirkungen unabhängig vom Lösungsmittel und DNA-Rückgrat. 4) Die generelle Tendenz für eine C3‘-endo Zuckerkonformation, verstärkt bei Purinnukleosiden, nimmt im nicht-wässrigen Medium zu. Dies steht im Einklang mit Kristallstrukturuntersuchungen, die bei geringer Feuchtigkeit oftmals auf eine A- Konformation hindeuten. Ein Einfluss des Diisopropylsilyl-Rückgrats auf die Zuckerkonformation kann jedoch nicht ausgeschlossen werden. 5) Die Wechselwirkung mit DNA-bindenden Liganden wird in aprotischen Lösungsmitteln verhindert oder zumindest stark eingeschränkt, da die Triebkraft der Anbindung um offensichtlich kritische, hydrophobe Effekte verringert ist. In natürlichen Nukleinsäuresystemen herrscht ein komplexes Zusammenspiel unterschiedlicher Wechselwirkungen, die Stabilitäten und Reaktivitäten determinieren. Obgleich unter nicht-physiologischen Bedingungen gemessen wurde, sollen die hier gewonnenen Informationen dazu beitragen, jeweils kritische Beiträge für die Erkennung und Affinität besser verstehen, einschätzen und voraussagen zu können.
Publications
- (2010), Base-base recognition of nonionic dinucleotide analogues in an apolar environment studied by low-temperature NMR spectroscopy, J. Am. Chem. Soc., 132, 3862-3869
Xiao, Z. & Weisz, K.
- (2011) Low-temperature NMR studies on inosine wobble base pairs, J. Phys. Chem. B, 115, 8569-8574
Basílio Janke, E. M., Riechert-Krause, F. & Weisz, K.
