Körperzellen – unverwüstlichkeit durch Improvisation

Unsere Zellen sind erfinderisch wenn es darum geht, DNS zu duplizieren, selbst wenn sie beschädigt ist

Millionen Zellen teilen sich täglich in unserem Körper um abgenutzte Zellen zu ersetzen. Um dies zu erreichen, muss ihr DNS zunächst kopiert werden. Eine neue Studie des Weizmann Instituts zeigt, dass die Moleküle, die sich DNS-Polymerasen nennen und die Aufgabe haben DNS zu kopieren, improvisieren können, um dieses äußerst wichtige Ziel zu erreichen. Diese neue Einsicht in die Replikation und Reparatur von DNS könnte bei der Diagnose und Behandlung von Krankheiten behilflich sein, die mit beschädigter DNS zu tun haben (wie z.B. bei Krebs). Die überraschenden Forschungsergebnisse wurden in der Ausgabe vom 9. Dezember von Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), USA, veröffentlicht.

DNS-Polymerasen bewegen sich entlang der DNS, produzieren jedes Mal dann neue „Duplikate“ der DNS, wenn sich eine Zelle teilt. Auf diese Weise wird genetische Information durch unseren Körper und von einer Generation zur nächsten weitergegeben. Problematisch wird es, sobald die DNS beschädigt ist (wegen Zigarettenrauch, Röntgenstrahlung oder bestimmte körpereigene Reaktionen). Obwohl unser Körper spezielle Enzyme besitzt, die die DNS reparieren, bleiben einige Schäden unbemerkt – und die DNS-Polymerasen kommen zum Einsatz.

Prof. Zvi Livneh und Doktorandin Ayelet Maor-Shoshani von der Abteilung für Biochemie haben einen DNS-Strang (von E. Coli-Bakterien) aufgespalten und fremdes Material – das aus Rohölsubstanzen besteht -zwischen beiden Enden eingefügt. Wie erwartet, hörte die normale DNS-Polymerase auf zu arbeiten, als es auf das fremde Material stieß. Die Wissenschaftler stellten überrascht fest, dass eine spezialisierte DNS-Polymerase einsprang, um den feststeckenden Duplikationprozess zu retten und das Kopierverfahren fortzusetzen, wobei es nicht existierende, genetische Komponenten in das „Duplikat“ eingab, sobald es auf das Fremdmaterial stieß. Dies ist vergleichbar mit einer Person, die ein paar Worte eines Liedes vergessen hat und schnell neue Worte erfindet und einfügt, um dann weiter singen zu können.

In einem anderen Fall übersprang eine spezialisierte DNS-Polymerase das Fremdmaterial oder entfernte es sogar, woraufhin sie dann dazu imstande war, ganz gewöhnlich weiterzuarbeiten. „Dies zeigt die außergewöhnliche Fähigkeit einer Zelle sich zu reproduzieren,“ sagt Livneh. „und es verleiht die Hoffnung, dass unser Körper sogar mit extremen Arten von Chemikalien, die versehentlich in unsere DNS eingeführt werden, fertig werden kann.“ Zwar stimmt es, dass DNS-Polymerasen durch Improvisieren einer Melodie Irrtümer in der DNS neuer Zellen (z.B. -Mutationen) hervorrufen können, aber Livneh erklärt, dass der Körper durchaus nicht alle Zellen mit beschädigter DNS sterben lassen kann, weil es davon zu viele gibt. „Nur wenn ein sehr großer Schaden in der DNS vorliegt, passiert es, dass die Zellen-Maschinerie `aufgibt´ und Zellen absterben lässt.“

Prof. Zvi Livnehs Forschung wird finanziert vom M.D. Moross Institute for Krebsforschung, dem Levine Institute of Applied Science, dem Dr. Josef Cohn Minerva Center for Biomembrane Research, dem Dolfi and Lola Ebner Center for Biochemical Research und dem J & R Center for Scientific Research. Prof. Livneh hält den Maxwell-Ellis-Professoren-Lehrstuhl für Biochemie.