Strukturbiologische und mechanistische Untersuchungen zur Erkennung und Reparatur von DNA-Photoschäden

Es ist bekannt, dass der UV-Anteil des Sonnenlichts zur Schädigung der DNA und zur
Ausbildung einer Vielfalt an DNA-Photoschäden führt. Die dabei entstehenden cytotoxischen
und mutagenen Schäden sind Cyclobutanpyrimidindimere (CPD-Schäden), (6-4)-
Photoschäden, als auch dessen Dewar Valenz-Isomere. Heutzutage besteht kein Zweifel
daran, dass diese Schäden eng mit dem Auftreten von Hautkrebs in Verbindung stehen. Um
sich vor den negativen Auswirkungen der Photoschäden schützen zu können, haben sich alle
dem Sonnenlicht ausgesetzte Lebewesen im Laufe der Evolution ein multifunktionelles und
effizientes Reparatursystem angeeignet. Hier wären zum Beispiel die Exzisionsreparatur von
geschädigter DNA und die direkte Reversion der Schäden zu nennen. Die letztgenannte Form
der Reparatur nennt man Photoreaktivierung und wird der Enzymklasse der Photolyasen
zugeschrieben. Diese Photolyasen sind paradoxerweise in der Lage, mit Hilfe von UV-A/Bbzw.
Blaulicht (300 – 500 nm), Pyrimidindimere wieder in ihre intakten Basen umzuwandeln.
Die Photolyasen sind hochselektive Enzyme und lassen sich je nach Substratspezifität in
CPD- und (6-4)-Photolyasen unterteilen.
In den letzten Jahren hat sich der CPD-Schaden zusammen mit der CPD-Photolyase als
Modellsystem bei der Untersuchung zur Entstehung und Reparatur von DNA-Photoschäden
entwickelt. So sind zum Beispiel der Reparaturmechanismus sowie die Cofaktoren-
Zusammensetzung der CPD-Photolyasen weitestgehend geklärt. Im Gegensatz dazu weiß man
vergleichsweise wenig über die (6-4)-Schäden und ihre Photolyasen. Aufgrund der
Ähnlichkeit zu den CPD-Photolyasen, wurde für die (6-4)-Photolyasen ein ähnlicher
Reparaturmechanismus postuliert, wobei jedoch der dabei auftretende viergliedrige
Übergangszustand (ein Oxetan- oder Azetidin-Intermediat) experimentell nicht nachgewiesen
werden konnte.
Um speziell diese als auch weitere Fragen bezüglich der (6-4)-Schadenserkennung und
Reparatur durch die (6-4)-Photolyasen klären zu können, musste der (6-4)-Schaden in
ausreichenden Mengen für biochemische und strukturbiologische Experimente synthetisiert
werden.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte schließlich eine Methode optimiert werden, mit der man
durch direkte Belichtung von Oligonukleotiden bei 254 nm unter Auschluss von Sauerstoff,
ausreichende Mengen an (6-4)-Schaden enthaltener DNA isoliere