Die Chemie der DNS-Beschädigung

Das Hydroxylradikal OH ist eine der gefährlichsten Spezies, da es Biomoleküle ändert und an biologischen Schäden und Alterungsprozessen beteiligt ist. Diese Reaktivität kann Veränderungen der vier Nukleotide Adenosin, Guanosin, Thymin und Cytosin verursachen. Das von der EU geförderte Projekt „Formation and roles of the 5',8-cyclo-2'-deoxyguanosine lesion“ (CYCLOGUO) beschäftigte sich insbesondere mit DNS-Beschädigungen, die auch als Tandem-Schäden der Purinbasen 2'-Deoxyadenosin und 2'-Desoxyguanosin bezeichnet werden.

Die Projektpartner fokussierten sich auf die chemische Untersuchung von 5',8-Zyklopurinschädigungen (5',8-cPus) und lösten Probleme bei der Synthese der vier diastereomeren Strukturen. Für weiterführende Untersuchungen zu deren Struktur, Funktion und biologischen Eigenschaften müssen die vier Schädigungen vorliegen. Die Einbindung dieser modifizierten Phosphoroamidit-Analogone in Oligonukleotid-Sequenzen kann Schädigungen der
DNS-Stränge simulieren. Diese biomemetische Untersuchung ist erforderlich, um die möglichen Auswirkungen in vivo zu verstehen.

Im Fokus des CYCLOGUO-Projekts stand die Synthese der 5',8-cPus sowie deren aus 2'-Deoxyguanosin hervorgegangener Phosphoramidite und die Entwicklung eines Syntheseprotokolls für 5',8-Zyklo-dGuo-Schädigungen. Die neue Methode wurde durch die Synthese von 5',8-Zyklo-dGuo-Phosphoramiditen vervollständigt. Die beiden Adenin-5',8-cPu-Phosphoramidite wurden zudem unter Anwendung des DNS-Festphasensyntheseverfahrens synthetisiert und jede Beschädigung in oligonukleotide Stränge eingebunden.

Zudem wurden die 5',8-cPus-Stoffe als DNS-oxidative Stress-Biomarker zum Vergleich mit derzeit verwendetem 8-Oxo-7,8-Dihydro-2'-Deoxyguanosin entwickelt. Die Forscher synthetisierten basierend auf einer Verdünnungstechnik für stabile Isotopen unter Anwendung eines Tandem-Massenspektrometrieverfahrens isotopisch angereicherte 15N-Äquivalente der vier 5',8-cPus zur Auswertung der DNS-Proben.

Im Rahmen des CYCLOGUO-Projekts wurde die chemische Biologie hinsichtlich DNS-Schäden und -Reparaturen untersucht. Dieses Thema hat eine große medizinische Tragweite, da die Änderung von DNS und die Verschlechterung der Reparatursysteme zu Mutationen und Krankheiten führten.