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Wie blaues Licht Schäden im Genom reparieren kann – Erstmalige Analyse der dreidimensionalen Struktur eines cyanobakteriellen Reparaturenzyms nach Bindung an UV-geschädigte Erbsubstanz

Wissenschaftler der Philipps-Universität Marburg haben gemeinsam mit einer Arbeitsgruppe der Ludwig-Maximilians-Universität München herausgefunden, wie es einige Reparaturenzyme der Erbsubstanz (DNA) schaffen, Lichtenergie zur Reparatur von DNA-Schäden einzusetzen. Den Arbeitsgruppen um den Biochemiker Professor Dr. Lars-O. Essen vom Fachbereich Chemie der Philipps-Universität und den Chemiker Professor Dr. Thomas Carell (München) gelang es erstmals, einen Komplex zu kristallisieren, der zeigt, wie ein solches Reparaturenzym eines Cyanobakteriums an einen künstlich erzeugten DNA-Schaden bindet. Dies wiederum machte es möglich, den molekularen Aufbau dieses Komplexes – und damit die Wirkungsweise des Reparaturenzyms – mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse aufzuklären. Die beiden Forscher sind Mitglieder der Forschergruppe „Biohybridmaterialien“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Ihre im US-amerikanischen Wissenschaftsjournal Science veröffentlichte Arbeit trägt den Titel „Crystal Structure of a Photolyase Bound to a CPD-Like DNA Lesion After in Situ Repair“ (Science 2004 Dec 3;306(5702):1789-93).

Essen und Carell waren der Frage nachgegangen, welchen Weg die von den Reparaturenzymen – so genannten Photolyasen – aufgenommene Lichtenergie nimmt, um schliesslich den DNA-Schaden zu reparieren. Erstmals konnten sie im Rahmen ihrer Untersuchungen beobachten, dass der Schaden vollständig in das aktive Zentrum des Enzyms „klappt“. Das energiereiche Elektron, das durch den Lichteinfall im Enzym erzeugt wird und den Schaden repariert, muss deshalb nur einen sehr kurzen Weg zu seinem Wirkungsort zurücklegen: So kann jedes aufgenommene Lichtquant zur DNA-Reparatur ausgenutzt werden.

CPD-Schäden durch Sonnenlicht

Der ultraviolette Strahlungsanteil aus dem Sonnenlicht, besonders der noch die stratosphärische Ozonschicht passierende Rest des besonders energiereichen UV-B-Lichts, schädigt die Erbsubstanz, indem er

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