Chemie-Nobelpreis 3: Forscher identifizierten DNA-Reparaturwerkzeuge

Stockholm (APA) - Die Chemie-Nobelpreisträger 2015 haben einerseits gezeigt, dass das Erbgut ständig potenziell schädliche Veränderungen erfahren kann. Tomas Lindahl, Paul Modrich und Aziz Sancar konnten unabhängig voneinander auch Wege aufzeigen, wie Zellen die so wichtigen Erbinformationen schützen und Fehler korrigiert.

Die DNA, also der aus einer Abfolge spezieller Basenpaare in Form einer Doppelhelix aufgebaute Bauplan des Lebens, ist nicht so stabil, wie lange Zeit vermutet. Sie kann auf verschiedenen Wegen beschädigt werden. Das geschieht etwa durch äußere Einflüsse, wie UV-Strahlung oder Radioaktivität, oder durch Ungenauigkeiten bei der Zellteilung, bei der der gesamte DNA-Strang verdoppelt wird.

Da dieser Prozess ab dem Zeitpunkt der Befruchtung millionenfach abläuft, ist es erstaunlich, dass angesichts der vielen Fehlerquellen die Basenpaar-Abfolge sehr stabil bleibt. Als Lindahl in den 1960er Jahren begann die DNA zu untersuchen, ging die Forschung noch davon aus, dass die DNA-Moleküle sehr widerstandsfähig sind. Bei seiner Arbeit an der Princeton University (USA) wurde dem jungen Forscher klar, wie instabil das DNA-Schwestermolekül, die RNA, eigentlich ist.

Zurück am schwedischen Karolinska Institut konnte er zeigen, dass auch die DNA innerhalb der schützenden Zelle einem langsamen aber bemerkbaren Verfall unterliegt und jeden Tag potenziell schweren Beschädigungen ausgesetzt ist. So kann etwa eine der vier die DNA bildenden Basen, Cytosin, leicht eine Amino-Gruppe verlieren, was in Folge zu einer Mutation führt. Es musste also Mechanismen innerhalb der Zelle geben, die ständig Reparaturen am Erbgut vornehmen. In langjähriger Forschungsarbeit konnte Lindahl viele Enzyme identifizieren, die an der sogenannten „Basenexzisionsreparatur“ beteiligt sind. So gibt es etwa ein Enzym, welches das beschädigte Cytosin aus dem DNA-Strang herausschneidet.

Sancars Interesse an der Regenerationsfähigkeit der DNA wurde durch die Beobachtung geweckt, dass sich Bakterien von einer tödlichen Dosis UV-Strahlung erholen können. Der türkische Forscher setzte sich in den USA mit der Arbeitsweise von Enzymen auseinander, die UV-Schädigungen beheben und erforschte die „Nukleotidexzisionsreparatur“, bei der falsch aneinander gebundene Basenpaare entfernt werden, auch anhand von menschlichen Zellen. Schäden durch UV-Strahlung sind an der Bildung von Hautkrebs beteiligt.

Modrich richtete seine Aufmerksamkeit auf das Enzym „Dam-Methylase“. Er fand heraus, dass es eine wichtige Rolle bei der Reparatur von Fehlern bei der Zusammensetzung der Basenpaare spielt. Der Wissenschafter konnte in weiterer Folge Schritt für Schritt aufklären, welche Enzyme an dieser „DNA-Mismatch-Reparatur“ beteiligt sind und wie diese detailliert abläuft. Heute weiß man, dass diesem System lediglich einer von etwa tausend Fehlern, die bei der Verdoppelung der DNA entstehen, durch die Lappen geht.

Ohne die von den drei Preisträgern entdeckten Mechanismen würde sich das Erbgut in kürzester Zeit derart verändern, dass komplexes Leben unmöglich wäre. Das zeigt sich vor allem dann, wenn diese Systeme versagen und es zur Bildung von Krebszellen kommen kann, die sich in weiterer Folge auch noch sehr rasch verändern, was gezielte Therapien erschwert.