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DNA-Synthese DNA-Synthese im lebenden Organismus sichtbar machen

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Forscher der Universität Zürich haben eine neue Substanz entdeckt, mit der es möglich wird, die DNA im lebenden Organismus zu markieren und so die Synthese von Biomolekülen im vollständigen Organismus sichtbar zu machen. Mithilfe dieses Verfahrens können Virusinfektionen oder Gewebewucherungen, wie sie bei der Krebsentstehung vorkommen, identifiziert und neue Wege bei der Medikamentenentwicklung eingeschlagen werden.

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Zebrafisch-Larve mit F-ara-Edu markiert (Ausschnitt) (Bild: UZH)
Zebrafisch-Larve mit F-ara-Edu markiert (Ausschnitt) (Bild: UZH)

Zürich/Schweiz – Viele zentrale Lebensvorgänge in den Zellen erfordern die Interaktion biologischer Makromoleküle. Makromoleküle entstehen in lebenden Zellen durch die Verkettung vieler kleiner Moleküle. Natürlich vorkommende Makromoleküle sind beispielsweise die Erbsubstanz DNA oder Eiweiße. Die Erforschung der Entstehung dieser Biomoleküle im lebenden Organismus ist eine wichtige Voraussetzung, um grundlegende Lebensvorgänge zu verstehen und neue Medikamente entwickeln zu können.

Um die Synthese von Biomolekülen in einem ganzen Organismus sichtbar zu machen, baut man synthetische Moleküle mittels zelleigener Biosynthese in die DNA ein und markiert sie anschließend mit fluoreszierenden Substanzen. Bis anhin hatte dieses Verfahren jedoch einen großen Nachteil: Die für die Markierung verwendeten Substanzen waren toxisch und destabilisierten die DNA, was häufig den Zelltod oder einen Wachstumsstopp der Zelle auslöste.

Neuer sensitiver Marker stoppt das Zellwachstum nicht

Nun hat die Doktorandin Anne Neef vom Organisch-chemischen Institut der Universität Zürich eine neue Substanz entwickelt, die das natürliche Nucleosid Thymidin in der DNA-Synthese ersetzen kann. Dieses Nucleosid mit dem Namen „F-ara-Edu“ markiert die DNA mit nur geringem oder keinem Einfluss auf die DNA-Funktionen in der lebenden Zelle. Es stoppt das Zellwachstum nicht und ist im Vergleich zu anderen Substanzen um einiges sensitiver. F-ara-Edu eignet sich daher hervorragend für Experimente mit der DNA-Synthese im lebenden Organismus. „Wir haben F-ara-Edu in Zebrafischeier unmittelbar nach deren Befruchtung zugegeben. Somit konnten wir die Entwicklung der Fische von der allerersten Zelldifferenzierung bis zum Schlüpfen beobachten“, erklärt Prof. Nathan Luedtke, der die Forschungsarbeit von Anne Neef leitet. „Mithilfe der Visualisierung in lebenden Tieren können Virusinfektionen und Krebsgewebe identifiziert werden, da in diesen Geweben die DNA-Synthese der Zellen deutlich erhöht ist“, fügt Luedtke hinzu. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Entwicklung neuer Medikamente.

Originalpublikation: Anne Brigitte Neef, Nathan William Luedtke. Dynamic metabolic labeling of DNA in vivo with arabinosyl nucleosides. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. PNAS. November 29, 2011. doi:10.1073/pnas.1101126108

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