Ludwig-Maximilians-Universität München
print

Links und Funktionen
Sprachumschaltung

Navigationspfad


Inhaltsbereich

DNA-Schädigung durch UV-Licht

Anordnung des Erbmoleküls wirkt schützend

München, 01.02.2007

Das menschliche Genom wird durch innere und äußere Einflüsse ständig geschädigt. So führt unter anderem die UV-Strahlung als immerwährender Begleiter der Sonnenstrahlung zur Bildung von gefährlichen DNA-Mutationen. Besonders häufig entstehen dabei so genannte CPD-Schäden. Dabei verbinden sich zwei bestimmte benachbarte DNA-Bausteine, meist das Pyrimidin Thymin, zu einem Dimer und damit zu einer festen Einheit. Dann aber kann die DNA nicht mehr richtig abgelesen werden, was zum Tod der Zelle, aber auch zu Hautkrebs führen kann. Ein Team von Forschern der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München konnte nun in Zusammenarbeit mit zwei Kollegen der Ohio State University, USA, den zeitlichen Ablauf der Thymin-Dimerisierung verfolgen, wie in „Science“ berichtet. „Wir haben festgestellt, dass die Bildung des Dimers etwa eine Pikosekunde, also eine Billionstel Sekunde, nach der UV-Absorption abgeschlossen ist“, berichtet Professor Wolfgang Zinth vom Department für Physik der LMU, einer der beiden verantwortlichen Autoren. „Diese Zeitspanne ist so kurz, dass nur Thyminpaare dimerisieren können, die zum Zeitpunkt der UV-Absorption eine für die Reaktion günstige Anordnung besitzen.“ In der DNA kommt dies aber nur selten vor, was wiederum das Ausmaß der UV-Schädigung auf ein Minimum reduziert.

Die DNA, das genetische Material, enthält die Erbinformation eines jeden Organismus. Gespeichert ist diese in der Sequenz, also in der Abfolge der Bausteine des fadenförmigen Moleküls. Doch durch innere und äußere Einflüsse können Schäden entstehen, so dass die Abfolge der DNA-Bausteine nicht mehr stimmt und die Erbinformation nicht mehr oder nicht mehr korrekt abgelesen werden kann. Diese Schäden, rund 50.000 pro Tag und Zelle, müssen effizient korrigiert werden, auch um die Entstehung von Krebs zu verhindern. Besonders gefährlich ist ultraviolettes (UV) Licht, dem man untertags im Sonnenlicht – vor allem aber beim Sonnenbad – ausgesetzt ist. Die Thymin-Dimerisierung ist nur eine, aber die häufigste der Schädigungen, die dabei entstehen können. Die Base Thymin, ein Pyrimidin, ist einer der vier DNA-Bausteine und ein fast planares Molekül. Wird nun energiereiche UV-Strahlung absorbiert, können zwei benachbarte Thymin-Moleküle eine Verbindung eingehen. „Die Existenz derartiger Dimere ist seit Jahrzehnten bekannt“, so Zinth. „Wir haben jetzt einen von der Alexander von Humboldt-Stiftung geförderten Aufenthalt von Professor Bern Kohler von der Ohio State University für eine Zusammenarbeit genutzt, um die Dimerbildung mit modernsten Laserverfahren zu untersuchen – und konnten diesen Prozess erstmals zeitlich verfolgen.“

Die Forscher haben dazu eine DNA-Probe mit einem extrem kurzen UV-Impuls bestrahlt. Die dadurch ausgelösten Prozesse wurden dann durch einen ebenso kurzen Infrarotimpuls sichtbar gemacht. Dieses Verfahren lieferte spektrale Signaturen, die durch den Vergleich mit einem am Lehrstuhl von Professor Thomas Carell, Fakultät für Chemie und Pharmazie der LMU, synthetisch hergestellten Dimer klar zugeordnet werden konnten. Aus dieser Beobachtung folgt, dass nach der Absorption eines UV-Photons nur ein kurzes Zeitfenster von etwa einer Pikosekunde besteht, in dem die Schadensbildung erfolgen kann. Diese Zeitspanne ist aber zu kurz für benachbarte Thyminpaare, um erst in eine geeignete Position für die Dimerisierung zu gelangen. Somit reagieren nur Thymine, die sich bereits vor der UV-Absorption in einer ähnlichen Lage wie später im Dimer befinden, sie müssen also nahezu in Deckung sein. „Unter normalen Umständen tritt diese Anordnung in der DNA aber nur selten auf“, berichtet Privatdozent Peter Gilch. „In der Regel sind die benachbarten Basen um etwa 36 Grad gegeneinander versetzt. Diese Anordnung aber schützt die DNA vor Dimerschäden. Wird das Erbmolekül nämlich so verzerrt, dass benachbarte Thymine besser zur Deckung kommen, entstehen auch mehr Dimere. Insgesamt also führen die Basenanordnung in der DNA und das von uns nachgewiesene kurze Zeitfenster für die Schadensbildung dazu, dass normalerweise nur ein geringer Anteil des absorbierten UV-Lichts zur Dimerisierung führen kann.“

Publikation:

“Thymine Dimerization in DNA is an Ultrafast Photoreaction”, Wolfgang J. Schreier, Tobias E. Schrader, Florian O. Koller, Peter Gilch, Carlos E. Crespo-Hernández, Vijay Swaminathan, Thomas Carell, Wolfgang Zinth, Bern Kohler, Science, 2. Februar 2007

Ansprechpartner:

Professor Dr. Wolfgang Zinth
Department für Physik der LMU
Tel.: 089-2180-9201
Fax: 089-2180-9202

E-Mail: zinth@physik.uni-muenchen.de

Oder

Privatdozent Dr. Peter Gilch
Department für Physik der LMU
Tel.: 089-2180-9243
Fax: 089-2180-9202

E-Mail: peter.gilch@physik.uni-muenchen.de

Verantwortlich für den Inhalt: Kommunikation und Presse