Zellen im Abwehrmodus

Die Sonne strahlt mit solch einer Kraft auf uns herab, dass sie in unseren Zellen verheerende Schäden verursachen kann. Doch glücklicherweise sind wir nicht hilflos ausgeliefert, denn unsere Zellen haben einige Tricks auf Lager…

60.000 Schäden pro Tag

Unser Körper besteht aus Billionen von Zellen, die sich ständig teilen und vermehren und dabei auch immensem Stress durch beispielsweise UV-Strahlung ausgesetzt sind: „Jede Zelle in unserem Körper erleidet pro Tag circa 60.000 DNA-Schäden, doch unser Körper verfügt über ein geniales Reparatursystem, das mit extrem hoher Genauigkeit solche Schäden reparieren kann“, sagt Karl-Otto Greulich vom Leibniz-Institut für Altersforschung.

Im Menschen hat sich dafür unter anderem ein Mechanismus namens „Nukleotid-Excision-Reparatur“ entwickelt, der die unerwünschten Brücken, die sich durch die hohe Energie der UV-Strahlung zwischen zwei Thymin-Basen bilden, entfernen kann. Wie kleine DNA-Polizisten fahren dabei zwei Proteine am DNA-Strang entlang und bleiben an dem Knick, den die UV-Strahlen verursacht haben, hängen. Die erkannte schadhafte Stelle kann anschließend unter Energieverbrauch ausgeschnitten und ersetzt werden.

Notbremse Zelltod

Und sollte der Reparaturmechanismus mal versagt haben, gibt es noch eine Art Notbremse, die die Zelle ziehen kann: Die Enzyme, die das in der DNA gespeicherte Erbgut ablesen und für die Tochterzellen kopieren, stoppen ihre Arbeit, sobald sie eine fehlerhafte Stelle vorfinden und leiten den sogenannten Zelltod ein. Die Zelle stirbt ab und kann ihr mutiertes Erbgut nicht an die nachkommenden Zellen weitergeben.

Doch all diese Schutzmechanismen der Zelle vor Mutationen sind fehleranfällig und einige DNA-Schäden können trotzdem übersehen werden. Daher häufen sich mit dem Alter auch immer mehr Mutationen an. Hinzu kommt, dass die Funktionalität der Reparationsmaschinerie im Alter abnimmt und mehr schadhafte Stellen in der DNA übersehen werden.

In Angst vor der Sonne

Doch was passiert, wenn von vorneherein keine DNA-Polizisten auf das Erbgut aufpassen? Das müssen Menschen, die an Xeroderma pigmentosum erkrankt sind am eigenen Leibe erfahren: Aufgrund eines Gendefekts bilden sie zu wenig von den Enzymen, die durch UV-Strahlung entstandene Zell- und DNA-Schäden erkennen und reparieren können. Als Folge entstehen schon nach kurzen Aufenthalten in der Sonne schwere Verbrennungen der Haut und die Kinder bekommen oft im Alter von acht Jahren ihren ersten Hautkrebs.

Da die Betroffenen das Sonnenlicht meiden müssen und sich im Freien nur nachts gefahrlos bewegen können, wird ihre Erkrankung auch Mondscheinkrankheit genannt. Glücklicherweise ist sie sehr selten und tritt nur etwa bei einem von einer Million Menschen auf. Allerdings gibt es bisher keine Heilmethode für die Mondscheinkinder und eine frühe Diagnose ist entscheidend, damit die Kinder möglichst wenig Sonnenlicht ausgesetzt werden.

Die Meister der DNA-Reparatur

Es geht aber auch anders: Einen noch effizienteren Weg zur DNA-Reparatur haben beispielsweise Pflanzen entwickelt. Diese sind der prallen Sonne schließlich den ganzen Tag ausgesetzt und können sich keine Sonnencreme auf ihre Blätter auftragen. Ihre Thymin-Dimere, die sich nach intensiver Sonneneinstrahlung bilden, werden von einem Enzym mit dem passenden Namen DNA-Photolyase repariert. Das Besondere: Die Photolyase nutzt das Sonnenlicht, um die unerwünschte Bindung aufzubrechen und benötigt somit keine Extra-Energie für die DNA-Reparatur.

Dieses faszinierende Prinzip der Photolyasen ist auch für viele Biotechnologen eine Inspiration: „Als monomeres, fehlerfrei und energieneutral arbeitendes Reparatursystem sind sie ein geeignetes Werkzeug für die biotechnologische Verbesserung der UV-Toleranz. So könnten sie helfen, den negativen Folgen der erhöhten UV-Belastung, die durch das Ozonloch entstehen, entgegenzuwirken“, erklärt Gebhard Kaiser von der Phillips-Universität Marburg.