Das Verhalten des Cisplatin 1,3-d(GpTpG) Schadens während der Replikation

Reißner, Thomas (2010): Das Verhalten des Cisplatin 1,3-d(GpTpG) Schadens während der Replikation. Dissertation, LMU München: Fakultät für Chemie und Pharmazie

Abstract

Cisplatin ist ein weit verbreitetes Zytostatikum, das seine Wirkung durch die Ausbildung von Quervernetzungen innerhalb eines DNA-Stranges entfaltet. Für das Cisplatin 1,2-d(GpG) Dinukleotid-Addukt konnte bereits sowohl in vitro als auch in Zellen die zentrale Bedeutung von DNA Polymerase η (Pol η) während des TLS-Prozesses nachgewiesen werden. In Zusammenarbeit mit der Gruppe Livneh wurde untersucht, ob der 1,3-d(GpTpG) Cisplatin Schaden ebenfalls in Zellen überlesen werden kann. Erstaunlicherweise sind humane Zellen in der Lage auch diesen komplexen Schaden zu überlesen, allerdings nur sehr ineffektiv. Da die Anzahl an Mutationen in Pol η defizienten Zellen deutlich erhöht war, konnte eine Beteiligung von Pol η am TLS-Prozess des 3’dGs des Schadens nachgewiesen werden. Somit konnte erneut die Initiator-Rolle von Pol η im Multi-Polymerasen Modell beim Überlesen von Cisplatin-Schäden bestätigt werden. Um mechanistische Details des Pol η vermittelten TLS-Prozesses zu erhalten, wurde die TLS-Fähigkeit von S. cerevisiae Pol η mittels in vitro Primerverlängerungsstudien untersucht. Dazu wurde DNA, die den 1,3-d(GpTpG) Cisplatin Trinukleotid-Schaden enthielt, hergestellt und mittels enzymatischen Verdaus charakterisiert. Mit dieser Methode konnte die Anwesenheit unerwünschter Nebenprodukte ausgeschlossen und die Entstehung des 1,3 Adduktes eindeutig nachgewiesen werden. Im Gegensatz zum 1,2-d(GpG) Addukt konnte Pol η alleine nicht über den 1,3-d(GpTpG) Cisplatin Schaden replizieren. Einzelnukleotid-Insertionsstudien zeigten, dass gegenüber dem 3’dG fehlerfrei ein dC eingebaut wurde, während der nächste Insertionsschritt nur mit erhöhten Enzymkonzentrationen erfolgte und mutagen war. Der Mechanismus des Replikationsblockes durch den 1,3-d(GpTpG) Cisplatin Schaden wurde mittels Röntgenstrukturanalyse auf atomarer Ebene untersucht. Dazu wurde Cisplatin-geschädigte DNA als Templat in Komplex mit dem katalytischen Fragment von Pol η, einem dATP in der aktiven Tasche und einem Primer mit terminaler 2’,3’-Didesoxyribose im zweiten Schritt der Verlängerung kristallisiert. Die Kristalle beugten die Röntgenstrahlung bis zu einer Auflösung von 2.5 Å. Im Kristall liegt der Komplex in zwei konformationell verschiedenen Formen vor. In beiden Formen (Komplex A und Komplex B) ist eine perfekte Watson-Crick Basenpaarung des 3’dGs (Pt-GTG) mit dem Primer zu erkennen. Dies erklärt die fehlerfreie Replikation des 3’dGs durch Pol η, welche sowohl in Zellen als auch in vitro beobachtet wurde. Das Hauptmerkmal der beschriebenen Struktur ist das zentrale Thymin des Schadens. Es befindet sich nicht zwischen den beiden Guaninen, sondern ist komplett aus dem DNA-Doppelstrang herausgedreht. Folglich ist das zentrale Thymin unfähig, den zweiten Verlängerungsschritt zu dirigieren, der nun gegenüberliegend zum 5’dG (Pt-GTG) erfolgt. Die Struktur beschreibt, wie der 1,3-d(GpTpG) Cisplatin Schaden eine Verlängerung durch Pol η verhindert. Das zentrale Thymin, das durch die Koordination des Platinatoms aus den Trinukleotidschaden herausgedreht ist, ist direkt vor dem Protein positioniert. Es tritt dadurch in sterische Wechselwirkung mit Methionin 74 und verhindert eine weitere Bewegung der Polymerase entlang des DNA-Strangs. Zudem ist zu sehen, warum die Inkorporation gegenüber dem 5’dG des Schadens so ineffizient verläuft. Die Rotation der DNA in die aktive Tasche des Enzyms (Komplex A → Komplex B) wird durch die Ausbildung einer Wasserstoffbrückenbindung zwischen dem dATP in der aktiven Tasche und dem 5’dG des Schadens getrieben. Dabei vergrößert sich aber der Abstand zwischen dem α-Phosphat des dATPs und der „gemodelten“ 3’OH-Gruppe des Primers. Der Abstand von ~8.5 Å ist für einen effektiven Nukleotidyltransfer eindeutig zu groß.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
• Fakultäten: Fakultät für Chemie und Pharmazie
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 25. Oktober 2010
• 1. Bericht­erstatter:in: Carell, Thomas