Störrische DNA ganz weich

Auch das Erbgut hat zwei Seiten – eine harte und eine weiche. Entsprechende Messresultate stellen amerikanische Forscher im Magazin “Science” vor. Wenn sie nicht unter Spannung gesetzt werden, sind DNA-Moleküle demnach sehr viel weniger starr als gemeinhin angenommen.

Grafik: Jerome Walker via Wikimedia

Bedingt durch ihre biologische Rolle, sei DNA in der Zelle fortwährend mechanischen Belastungen ausgesetzt, schreiben die Biochemiker und Physiker um Pehr Harbury von der Stanford University. Bislang sei man davon ausgegangen, dass sich das Molekül dabei wie ein elastischer, aber recht steifer Stab verhalte. Angesichts der neuen Daten müsse dieses Bild überdacht werden. Nicht zuletzt sei sogar eine Art mechanischer Informationsübertragung innerhalb von DNA-Strängen denkbar.

Bei früheren mechanischen Tests war DNA mit Hilfe optischer Pinzetten gepackt und gedehnt worden. Harbury und Kollegen setzten nun eine deutlich sanftere Methode ein. Dazu hefteten die Forscher Nanokristalle, bestehend aus einigen wenigen Goldatomen, an die beiden Enden von DNA-Doppelsträngen, die “zwanglos” in einer Lösung umherdriften konnten. Die Streuung von Röntgenstrahlung in solchen Lösungen verriet, wie groß der typische Abstand zwischen den Metallklumpen war und wie stark dieser Wert schwankte.

Erwartungsgemäß stieg der Abstand geradlinig an, indem die Länge der DNA-Moleküle schrittweise von 10 auf 35 Basenpaare erhöht wurde. Anders dagegen die Varianz: Nach dem Stab-Modell sollte sie ebenfalls gleichmäßig zunehmen, tatsächlich stieg sie jedoch quadratisch. Den Berechnungen der Forscher zufolge, braucht es lediglich eine Kraft von knapp 100 Pikonewton, ein Zehntel des klassischen Wertes, um ein spannungsfreies DNA-Molekül rein rechnerisch auf das Doppelte seiner Ausgangslänge zu strecken. Wird die DNA dagegen unter Vorspannung gesetzt, scheinen ihre Bausteine rasch in eine starre Anordnung zu rutschen.

Die Messresultate legten eine weitere Schlussfolgerung nahe, so Harbury und Kollegen. Offenbar bewegten sich die Basenpaare im DNA-Molekül nicht völlig unabhängig voneinander, sondern gemeinschaftlich. “Wenn die ersten beiden Basen etwas auseinanderrücken, tun das auch die letzten beiden”, schreiben die Forscher. Daher könnte ein Protein, das an die DNA binde und an deren Bausteinen zerre, die Andock-Bedingungen für weitere Proteine merklich verändern. Die biologische Relevanz dieses Effekts sei derzeit aber noch völlig offen.

Forschung: Rebecca S. Mathew-Fenn, Rhiju Das und Pehr A.B. Harbury, Biophysics Program, Department of Biochemistry und Department of Physics, Stanford University, Stanford, Kalifornien

Veröffentlichung Science, Vol. 322, 17. Oktober 2008, pp 446-9, DOI 10.1126/science1158881

WWW:
Harbury Research Group, Stanford University
Das Lab, Stanford University
Aufbau und Struktur der Erbsubstanz
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