HARRICK PLASMA

Strukturuntersuchungen von superspiralisierter DNA mit Hilfe des Rasterkraftmikroskops (Structure investigations of superspiralisierter DNA with the help of the raster force microscope)

Desoxyribonukleinsäuren stellen die Grundlage des Lebens dar, da sie die Erbinfor-mation jedes Lebewesens tragen. Als Träger der genetischen Information befindet sich die DNA bei eukaryotischen Zellen im Zellkern. In linearer Form wäre das ge-samte DNA-Material allerdings viel zu raumerfüllend für den Zellkern und muss des-halb verdichtet werden. Dies geschieht bei Eukaryoten mit Hilfe basischer Histone (sphärische Proteine), um die sich die DNA-Moleküle winden. Durch ein Histon kann ein 100 nm langer Abschnitt einer DNA-Helix auf ein Siebtel seiner Ausgangslänge komprimiert werden. DNA und Histone bilden Nukleosomen, die kettenförmig anei-nandergereiht sind. Die Nukleosomen werden durch zusätzliche Proteine noch dich-ter gepackt. Diese DNA-Proteinkomplexe werden dann als Chromatin bezeichnet. Während der Zellteilung wird das Chromatin von Proteinen weiter spiralisiert, dieser Komplex wird schließlich als Chromosom bezeichnet. Um die DNA-Helix so stark komprimieren zu können, ohne sie zu zerstören, muss sie „Sollknickstellen“ aufweisen. Abschnitte mit solchen „Sollknickstellen“ werden als Junk-DNA bezeichnet, da sie keine Aminosäure kodieren, sondern als Anbindungs-stellen für formgebende und funktionale Proteine fungieren. Daher werden die Transkription, die Reparatur und die Regulation von Genen von diesen lokalen Ver-biegungen stark beeinflusst. Neben der Biegung von DNA induziert durch Proteine kann es auch durch bestimmte Sequenzabfolgen zu einer Verbiegung der DNA-Doppelhelix kommen. Diese lokalen Verbiegungen werden durch aufeinanderfolgen-de Nukleotide ausgelöst, die als Base Adenin tragen (Poly(dA)-Abschnitte). Die Po-ly(dA)-Abschnitte müssen wenigstens eine Länge von 4 Adenosinen haben, um eine Krümmung des DNA-Strangs zu induzieren. Entdeckt wurden diese gekrümmten DNA-Abschnitte durch Untersuchung von DNA-Molekülen mittels Gelelektrophore-se.2 DNA-Moleküle zeigen bei der Gelektrophosrese in Polyacrylamidgelen eine stark eingeschränkte Mobilität. Zum besseren Verständnis der Mechanismen bei der Ver-biegung des DNA-Strangs wurden verschiedene Modelle entwickelt.3,4,7-11 Lokale Verbiegungen, die durch Poly(dA)-Abschnitte induziert werden, zählen ebenfalls zur Junk-DNA und kodieren keine Aminosäuren. Von Bedeutung ist die Junk-DNA in der Kriminologie. Mit ihrer Hilfe wird der geneti-sche Fingerabdruck erstellt, der zur Identifikation von Unfallopfern dient und ein Grundstein kriminologischer Ermittlungsarbeit ist. Ziel dieser Arbeit ist die strukturelle Untersuchung von natürlichen DNA-Fragmenten, die solche lokalen Verbiegungen, induziert durch Poly(dA)-Abschnitte, aufweisen. Untersucht werden die DNA-Moleküle mit dem Rasterkraftmikroskop, dessen Vorteile gegenüber optischen Mikroskopen im hohen Auflösungsvermögen liegen, zudem ermöglichen sie in vivo und in vitro Untersuchungen von biologischen Materialien. Neben der Abbildung dieser Fragmente werden im Rahmen dieser Arbeit auch Zug-experimente, kombiniert mit einer Visualisierung der DNA vor und nach den Verstre-ckungen, durchgeführt, um aufzuklären, welchen Einfluss die Topologie der DNA-Doppelhelix auf die Persistenz des Moleküls hat. Zudem werden bei den Verstre-ckungsexperimenten die Kräfte untersucht, die nötig sind, um eine Konformationsän-derung der DNA-Doppelhelix zu erzwingen, um mit diesen Informationen Aussagen über die Molekülstruktur zu treffen.

Desoxyribonukleinsaeuren represent the basis of the life, since they carry the heiress formation of each organism. As carrier of the genetic information the DNA is with eukaryotischen cells in the cell core. In linear form the entire DNA material would be however much too spacefulfilling for the cell core and must therefore be consolidated. This happens with Eukaryoten with the help of basic Histone (spherical proteins), around which the DNA molecules wind themselves. By a Histon can be compressed 100 Nm a long section of a DNA Helix on a seventh of its output length. DNA and Histone form Nukleosomen, which are chain-shaped in line. The Nukleosomen is still more closely packed by additional proteins. This DNA Proteinkomplexe is then called chromatin. During the cell division the chromatin of proteins is spiralisiert, this complex is finally continued to call chromosom. In order to be able to compress the DNA Helix so strongly, without destroying it, it must exhibit "target being". Sections with such "target being" are called Junk DNA, since they do not code amino acid, but when tying up places for form-giving and functional proteins function. Therefore becomes the Transkription, which affects repair and the regularization of genes of these local bucklings strongly. Apart from the bend of DNA induced by proteins it can come also by certain sequence successions to a buckling of the DNA Doppelhelix. These local bucklings are released by successive nucleotides, which carry adenine as a cousin (Poly(dA) sections). The Po-ly(dA)-sections must have at least one length of 4 adenosine, in order to induce a curvature of DN branch rank. These curved DNA sections were discovered by investigation of DNA molecules by means of Gelelektrophore-se.2 of DNA molecules to point with the Gelektrophosrese to Polyacrylamidgelen a strongly limited mobility. To assist in the understanding of the mechanisms with the buckling of DN branch rank different models did not become entwickelt.3,4,7-11 restaurants bucklings, which are induced by Poly(dA) sections, rank likewise among the Junk DNA and code amino acids. Of importance the Junk DNA is in the Kriminologie. With its assistance the genetic finger mark is provided, which serves for the identification of accident victims and a foundation-stone kriminologischer determination work is. A goal of this work is the structural investigation of natural DNA fragments, which exhibit such local bucklings, induced in Poly(dA) sections. The DNA molecules with the raster force microscope, whose advantages are opposite optical microscopes in the high resolving power, are examined besides make possible it in vivo and in vitro investigations of biological materials. Beside the illustration of these fragments in the context of this work also course experiments, combined with a visualization of the DNA before and after the drawing, are accomplished, in order to clear up, which influence has the topology of the DNA Doppelhelix on the persistence of the molecule. Besides with the drawing experiments the forces are examined, which are necessary, in order to force one Konformationsaen derung the DNA Doppelhelix, in order to meet with these information statements about the molecular structure.

Szilluweit, Ruth

Johannes Gutenberg-Universität Mainz

2005

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