Millionen Zellen teilen sich täglich in unserem Körper um abgenutzte Zellen zu ersetzen. Um dies zu erreichen, muss jedoch zunächst ihre DNS kopiert werden. Eine neue Studie des Weizmann Instituts zeigt, dass die dafür zuständigen Moleküle, die DNS-Polymerasen, improvisieren können, um dieses äußerst wichtige Ziel zu erreichen.
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Diese neue Einsicht in die Replikation und Reparatur von DNS könnte bei der Diagnose und Behandlung von Krankheiten behilflich sein, die auf beschädigte DNS zurückgehen. Die überraschenden Forschungsergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS),veröffentlicht.
Kopiermaschinen in Aktion
Die DNS-Polymerasen bewegen sich entlang des Erbguts und produzieren davon jedes Mal neue „Duplikate“, wenn sich eine Zelle teilt. Auf diese Weise wird genetische Information durch unseren Körper und von einer Generation zur nächsten weitergegeben. Problematisch wird es, sobald die DNS beschädigt ist, beispielsweise durch Zigarettenrauch, Röntgenstrahlung oder bestimmte körpereigene Reaktionen. Obwohl unser Körper spezielle Enzyme besitzt, die die DNS reparieren, bleiben einige Schäden unbemerkt – und die DNS-Polymerasen kommen zum Einsatz.
Rettung durch Improvisation…
Prof. Zvi Livneh und Doktorandin Ayelet Maor-Shoshani von der Abteilung für Biochemie des Weizmann Instituts haben einen DNS-Strang von E. Coli-Bakterien aufgespalten und fremdes Material – das aus Rohölsubstanzen besteht -zwischen beiden Enden eingefügt. Wie erwartet, hörte die normale DNS-Polymerase auf zu arbeiten, als es auf das fremde Material stieß.
Die Wissenschaftler stellten jedoch überrascht fest, dass eine spezialisierte DNS-Polymerase einsprang, um den feststeckenden Duplikationprozess zu retten und das Kopierverfahren fortzusetzen. Die Polymerase gab dabei nicht existierende, genetische Komponenten in das „Duplikat“ ein, sobald es auf das Fremdmaterial stieß. Dies ist vergleichbar mit einer Person, die ein paar Worte eines Liedes vergessen hat und schnell neue Worte erfindet und einfügt, um dann weiter singen zu können.
…oder Überspringen
In einem anderen Fall übersprang die spezialisierte DNS-Polymerase das Fremdmaterial oder entfernte es sogar, woraufhin sie dazu imstande war, ganz gewöhnlich weiterzuarbeiten. „Dies zeigt die außergewöhnliche Fähigkeit einer Zelle sich zu reproduzieren,“ sagt Livneh. „und es macht Hoffnung, dass unser Körper sogar mit extremen Arten von Chemikalien, die versehentlich in unsere DNS eingeführt werden, fertig werden kann.“
Zwar stimmt es, dass DNS-Polymerasen durch Improvisieren einer Melodie auch Irrtümer in der DNS neuer Zellen, beispielsweise Mutationen, hervorrufen können, aber nach Ansicht von Livneh könne der Körper nicht alle Zellen mit beschädigter DNS sterben lassen kann, weil es davon zu viele gibt. „Nur wenn ein sehr großer Schaden in der DNS vorliegt, passiert es, dass die Zellen-Maschinerie `aufgibt´ und Zellen absterben lässt.“
(Informationsdienst Wissenschaft – idw – – Pressemitteilung Weizmann Institut, 21.01.2004 – NPO)
