PUB - Publikationen an der Universität Bielefeld

Die Struktur und die Dynamik der Desoxyribonukleinsäure (DNA) in Lösung ist für die Stabilität und Funktion dieses ubiquitären Trägers der Erbinformation von entscheidender Bedeutung. So haben z.B. die als Telomere bezeichneten Enden linearer chromosomaler DNA eine wesentliche Funktion für die Stabilität von Chromosomen, bei deren Replikation und für die Genregulation. Für den möglichen technischen Einsatz der DNA sind neben dem strukturellen Polymorphismus und der dynamischen Interaktion mit der Umgebung auch die hohe strukturelle Integrität bezüglich Persistenzlänge und spezifischer Basenpaarung (Selbstorganisation) interessant. Hier bieten sich gerade auf dem Gebiet der Nanotechnologie neue Perspektiven bezüglich (bioverträglicher) Werkstoffe. Es gilt die Auswirkung der Ionenart und Ionenstärke auf die Strukturbildung gerade der polymorphen G-DNA Sequenzen unter physiologischen Bedingungen zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden synthetische Modellsubstanzen eingesetzt, deren Basensequenzen sich in biologischen Systemen wiederfinden, bzw. auf Grund theoretischer Vorüberlegungen die Bildung bestimmter Strukturen ermöglichen. Mit Hilfe der dynamischen Streulichtspektroskopie (DLS) können hydrodynamische Größen von Makromolekülen in Lösung ermittelt werden. Durch Kombination von Photonenkorrelationsspektroskopie (PKS) und Interferometrie sowie Vergleich mit hydrodynamischen Modellrechnungen sind weitreichende Aussagen über die Transportgrößen und damit Morphologie der betrachteten Spezies möglich. Die hochspezifische Basenpaarung reduziert die kombinatorisch möglichen Anordnungen und lässt dezidierte Aussagen über die gebildeten Strukturen zu, auch ohne Kenntnis der genauen Atompositionen, wie sie nur mit hochauflösenden Untersuchungsmethoden (z.B. der Röntgenstrukturanalyse) zugänglich sind. Im Rahmen dieser Arbeit werden erstmalig umfangreiche UV-spektroskopische Untersuchungen an Guanin-reichen DNA-Sequenzen und potentiell polymorphen Oligonukleotiden durchgeführt. Die Kombination dieser Ergebnisse mit denen der vorgenannten Methoden (DLS und Modellrechnungen) erlaubt es, den für Strukturuntersuchungen in Lösung zugänglichen Konzentrationsbereich um drei Dekaden in den µM Bereich zu erweitern. Die Kapillargelelektrophorese (CGE), die sich als Standardmethode in der DNA-Analytik etabliert hat, soll mit ihrer hohen Trennleistung weiteren Aufschluss über Gleichgewichtslagen zwischen polymorphen Quadruplexstrukturen geben. Die Ergebnisse werden auf Basis der Erkenntnisse anderer theoretischer (Modellrechnungen) und experimenteller Methoden (DLS und UV-Spektroskopie) diskutiert. Im Zentrum der Arbeit stehen, nach vorhergehender Verifizierung der verwendeten Untersuchungsmethodik an einfachen Sequenzen, zwei Oligonukleotide: das 14mer (d[T2G4T2G4T2]) und das 24mer (d[T2G4]4). Betrachtet man die Strangstöchiometrie der gebildeten Quadruplexe, so sind neben den spannungsfreien tetrameren Tetraplexen, durch zunehmend komplexere Rückfaltungen, auch dimere oder monomere Spezies möglich. Hierbei gilt es, den Einfluss der Ionenart und der Ionenkonzentration auf Bildung und Gleichgewichtslage zwischen den Strukturen dieser polymorphen Sequenzen zu untersuchen. Gerade der Übergang von tetrameren zu dimeren oder monomeren Quadruplexen ist im Zusammenhang mit bisher ungeklärten, entscheidenden Teilbereichen der Replikationsmechanismen der DNA während der Mitose wahrscheinlich von fundamentaler Bedeutung.