Künstliche Moleküle imitieren die DNA

19.04.2018

Künstliche Moleküle können nicht nur die Strukturen ihres biologischen Modells nachahmen, sie können sogar ihre Funktionen übernehmen und ihnen Konkurrenz machen. Zu diesem Ergebnis kamen Forscher des CNRS, des Inserm und der Universität Bordeaux. Sie schufen eine künstliche Sequenz, die zum ersten Mal die Oberflächeneigenschaften der DNA nachahmt. Dieses künstliche Molekül ist in der Lage, die Aktivität mehrerer Enzyme zu blockieren, darunter die HIV Integrase, durch die der HI-Virus sein Genom in die Wirtszelle einschleust.

Die DNA, zentrales Molekül der Lebewesen, ist Träger der Erbinformation. Sie hat die Form einer Doppelhelix, in der sich zwei komplementäre Nukleinsäure-Stränge unter der Ausbildung von Basenpaaren umeinander wickeln. Damit die Erbinformation gelesen und umgesetzt werden kann – oder im Gegenteil, um die Expression zu verhindern bzw. zu regulieren – tritt eine Vielzahl von Proteinen in Wechselwirkung zur DNA, z.B. „hängen“ sie sich an die negativen Ladungen an der Oberfläche. So z.B. die HIV Integrase, die virale DNA-Stränge in die menschliche DNA und die Topoisomerase 1 (ein Enzym, das Spannungen und Verdrillungen im DNA-Molekül vermeidet) einschleust.

Den Forschern ist es gelungen, helikoidale (spiralförmige) Moleküle künstlich herzustellen, die perfekt die Oberflächeneigenschaften der DNA-Doppelhelix nachahmen und insbesondere die Positionierung ihrer negativen Ladungen. Diese Moleküle sind Derivate von Foldameren – künstliche Makromoleküle, die sich schraubenförmig falten und nach einer Art Baukastenprinzip vielfach modellieren lassen (in diesem Beispiel einen einzelnen Helixstrang). Die Imitation ist so täuschend echt, dass diese Foldamere wie Köder auf einige Proteine wirken, die sich an die DNA binden, darunter die Topoisomerase 1 und die HIV Integrase. Die Forscher konnten zeigen, dass die Bindung der HIV Integrase an das Foldamer stärker war als an die DNA selbst. Obwohl das Design auf die Ähnlichkeit zur DNA abzielt, verdanke das Foldamer seine wertvollsten Eigen-schaften gerade seinen Unterschieden zur DNA, so die Forscher.

Die neuen DNA-Imitate ebnen den Weg für noch unerforschte Ansätze zur Unterdrückung der Interaktionen zwischen DNA und Proteinen und könnten zur Entwicklung neuer Medikamente beitragen.

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29610464