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 isolieren konnte. Die Kristal