In diesem Jahr wurde der Nobelpreis in Chemie an drei Wissenschaftler verliehen, die an einem richtig spannenden Thema arbeiten. Tomas Lindahl (Schweden), Paul Modrich (USA) und Aziz Sancar (USA/Türkei) forschen daran, wie die DNA in unseren Zellen repariert werden kann.

Wie war das nochmal genau mit der DNA?

Die DNA kommt in allen Lebewesen vor. Das Biomolekül ist durch seinen Aufbau und seine Eigenschaften perfekt als Informationsspeicher geeignet. Es bildet eine lange Kette aus vier verschiedenen Bausteinen – den Nukleotiden. Mit Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin wird der genetische Code geschrieben. Zwei DNA-Stränge bilden die Struktur der Doppelhelix, die ihr sicherlich alle kennt. Das humane Genom besteht übrigens aus 3 Milliarden Basenpaaren!

Bei jeder Zellteilung muss der genetische Code „abgeschrieben“ werden, sodass eine Kopie der gesamten DNA an die Tochterzelle weitergegeben wird. Obwohl dieser Prozess sehr effizient verläuft und die ganze Maschinerie extrem wenig Fehler macht, passiert es, dass eine falsche Base, eine Base zu wenig oder zu viel eingebaut wird. Dass solche Fehler auftreten müssen, wird einem klar, wenn man sich die Größe des Genoms, die Anzahl der Zellteilungen und die Zahl der Zellen vor Augen führt.

Auch andere Faktoren verursachen Fehler in unserem Genom. Die DNA ist kein unzerstörbares Molekül, das durch nichts verändert werden kann. Durch Prozesse, die in unserem Körper ablaufen oder Umweltfaktoren wie UV-Strahlung kann die DNA beschädigt oder verändert werden. Viele dieser Fehler bleiben allerdings unentdeckt, da sie keine ernsthaften Krankheiten oder Veränderungen in uns hervorrufen. Von vielen dieser Fehler merken wir aber unter anderem auch deshalb nichts, da unsere Zelle diese sofort repariert.

Wie repariert die Zelle ihre DNA?

Es gibt verschiedene Mechanismen, die die Zelle nutzt um die DNA zu reparieren. Dadurch wird sichergestellt, dass sie richtig funktionieren kann. Fehler könnten zum Beispiel dazu führen, dass bestimmte Proteine nicht mehr funktionieren oder eine veränderte Funktion haben. Da diese Dinge in einer Zelle hoch reguliert und aufeinander abgestimmt sind, könnte die Zelle zum Beispiel ihre Funktion verlieren oder im schlimmsten Fall zu einer Krebszelle werden. Deswegen ist es sehr wichtig zu verstehen, wie die Reparatur der DNA funktioniert.

Sind Basen in der DNA beschädigt, so können sie durch bestimmte Proteine identifiziert werden. Die DNA wird dann geschnitten und eine neue Base eingesetzt. Dieser Vorgang nennt sich „base excision repair“. Tomas Lindahl hat eine neue Gruppe von DNA-Glykosylasen gefunden und deren Rolle in dem Prozess des Basenaustausches beschrieben.

Wenn zum Beispiel eine falsche Base eingefügt wird, spricht man von einem „missmatch“. Dieser Fehler wird im ersten Schritt ausgemerzt, indem eine Art Fehlerlesen des neu synthetisierten Strangs durchführt wird. Werden Fehler übersehen, muss ein „missmatch-repair“ durchgeführt werden. Durch die Forschung von Paul Modrich haben wir nun ein genaues biochemisches Verständnis, wie diese Fehler in einer Zelle behoben werden.

Wie schützt sich die Zelle gegenüber Schäden?

Auch Aziz Sancar konnte wichtige Erkenntnisse zur DNA-Reparatur beitragen, indem er zeigte, wie beschädigte Nukleotide ausgetauscht werden. Mit den daran beteiligten Proteinen schützt sich die Zelle zum Beispiel gegenüber Schäden, die durch UV-Licht hervorgerufen werden. Menschen, bei denen dieses Reparatursystem nicht funktioniert, haben ein sehr hohes Risiko für Hautkrebs.

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Die Nobelpreisträger konnten also zeigen, wie einige dieser Reparaturmechanismen auf molekularer Ebene funktionieren und haben damit auch sehr wichtige Ansätze für die Krebstherapie geliefert. Der Preis wird am 10. Dezember verliehen – genauere Infos zur Thematik findet ihr auf der Nobelpreis-Homepage.

Wenn ihr solche Themen spannend findet, seid ihr übrigens im Studiengang Biochemie richtig. Schaut doch mal rein 🙂