Funktionale Nucleinsäure-Sonden zur Untersuchung sequenzunabhängiger Protein-DNA-Wechselwirkungen

• Applicant: Professor Dr. Andreas Marx
• Subject Area: Biochemistry
• Term: from 2000 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5294694

• Final Report Year: 2008

Final Report Abstract

Eine Voraussetzung für das Überleben jedes Organismus ist die Konservierung seines Genoms und dessen exakte Verdopplung vor der Zellteilung. Die gesamte DNA-Synthese in der DNA-Reparatur, -Rekombination und -Replikation hängt von der Befähigung der DNA-Polymerasen ab, einen Elternstrang als Templat zu erkennen und komplementäre Nucleotide selektiv in den wachsenden DNA-Strang einzubauen. Die Mechanismen, mit denen DNA-Polymerasen diesen Informationstransfer gewährleisten, sind noch nicht vollständig verstanden und Untersuchungen zu deren Aufklärung standen im Zentrum dieses Projekts. Zum einen interessieren die Mechanismen, mit denen DNA-Polymerasen die DNA-Synthese entlang eines Elternstrangs getreu nach Watson und Crick (A paart mit T, G paart mit C) katalysieren. Neben den Mechanismen der Gewährleistung der Watson-Crick-Selektivität sollten auch Einblicke in die Ursachen der oft sehr stark variierenden Mutationsraten einzelner DNA-Polymerasen erhalten werden. Unterschiedliche Rigidität der aktiven Zentren dieser Enzyme wie die Ausbildung gezielter Wasserstoffbrückenbindungsmuster wurden und werden als ursächlich für die Selektivität von DNA-Polymerasen und dessen Variation diskutiert. In diesem Projekt entwickelten wir eine funktionale Strategie, mittels der sich globale Eigenschaftsunterschiede wie Rigidität von aktiven Enzymzentren untersuchen lassen. Unser Ansatz basierte auf Verwendung synthetischer Substrate, deren sterischen Anspruch wir gezielt im Vergleich zu den natürlichen Substraten erweitert haben. Anschließende funktionale Studien an DNA- Polymerasen zeigten nicht nur die Zweckmäßigkeit unseres Ansatzes, sondern führten auch zu neuen Einblicken in die mechanistischen Ursachen der Selektivitätsgewährleistung beim Informationstransfer von DNA-Polymerasen. So zeigten unsere Untersuchungen zum ersten Mal einen direkten Zusammenhang zwischen sterischem Anspruch der Substrate und DNA-Polymeraseselektivität. Die in diesem Projekt erzielten Ergebnisse führten bisher zu 12 Forschungsarbeiten, die in wissenschaftlichen Journalen publiziert wurden.

Publications

• "DNA polymerase selectivity: sugar interactions monitored with high fidelity nucleotides". Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 3693-3695 (Angew. Chem. 2001, 173,3806-3808)
  D. Summerer, A. Marx
  
• "Differential Minor Groove Interactions between DNA Polymerase and Sugar Backbone of Primer and Template Strands". J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 910-911
  D. Summerer, A. Marx
  
• "DNA minor groove hydration probed with 4'-alkylated thymidines". Chem. Commun. 2002, 2314-2315
  I. Detmer, D. Summerer, A. Marx
  
• "Exploring the effects of active site constraints on HIV-1 reverse transcriptase DNA polymerase fidelity". J. Biol. Chem. 2002, 277, 43593-43598
  J. Cramer, M. Strerath, A. Marx, T. Restle
  
• "Implications of Active Site Constraints on Varied DNA Polymerase Selectivity". J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11230-11231
  M. Strerath, J. Cramer, T. Restle, A. Marx
  
• "Varied DNA polymerase - sugar interactions in the nucleotide binding pocket". ChemBioChem 2002, 3, 578-580
  M. Strerath, D. Summerer, A. Marx
  
• "Substrates for Investigation of DNA Polymerase Function: Synthesis and Properties of 4'-C-Alkylated Oligonucleotides". Eur. J. Org. Chem. 2003, 1837-1846
  I. Detmer, D. Summerer, A. Marx
  
• "Recognition of Remote Mismatches by DNA Polymerases". ChemBioChem 2004, 5,1585-1588
  M. Strerath, J. Gaster, A. Marx
  
• "4'C-Ethynyl-Thymidine acts as chain terminator during DNA-synthesis catalyzed by HIV-1 Reverse Transcriptase". Bioorg. Med. Chem. Lett. 2005, 15, 869-871
  D. Summerer, A. Marx
  
• "Synthesis and Application of 4'-C- alkylated Uridines as Probes for Uracil-DNA Glycosylase". Synthesis 2005, 9, 1467-1472
  G. Rangam, N. Z. Rudinger, H. M. Müller, A. Marx
  
• "Opposed steric constraints in human DNA polymerase beta and E. coli DNA polymerase I". J. Am. Chem. Soc., 2008
  F. Di Pasquale, D. Fischer, D. Grohmann, T. Restle, A. Geyer, A. Marx
  
• "Varied active site constraints in the Klenow Fragment of E. coli DNA polymerase I and the lesion-bypass Dbh DNA polymerase". ChemBioChem, 2008, 9,1243-1250
  J. Cramer, G. Rangam, A. Marx, T. Restle