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Sequenzselektive Schadensbildung und Reparatur von DNA durch UV-Bestrahlung
Sequenzselektive Schadensbildung und Reparatur von DNA durch UV-Bestrahlung
In der frühen Entwicklung des Lebens, ohne den Schutz der heutigen Erdatmosphäre, war die DNA erheblich stärkerer UVC-Strahlung ausgesetzt als heute. Diese kann DNA-Schäden hervorrufen, was zu einem Verlust der genetischen Information führen kann. Vor der Evolution enzymatischer Reparatur war die DNA zum Überleben folglich auf intrinsische Stabilisationsmechanismen angewiesen. In dieser Arbeit wurden erstmals die Quantenausbeuten sequenzselektiver Prozesse durch benachbarte Basen bei UV-Bestrahlung kurzer einzelsträngiger Oligonukleotide experimentell bestimmt. Selbstreparatur: Die Fähigkeit von Sequenzen zur Selbstreparatur wurde am häufigsten UV-Schaden von DNA, dem Cyclobutan-Thymin-Dimer, systematisch mit UV/Vis Spektroskopie untersucht. Bei allen untersuchten Sequenzen mit an den Schaden angrenzenden Purin-Basen zeigte sich ein Reparaturverhalten, welches die direkte Photoreparatur des Schadens, deutlich übersteigt. Die zugrundeliegenden Mechanismen wurde mit Hilfe von zeitaufgelöster Infrarot Anrege-Abtast-Spektroskopie untersucht. 8-OxoGuanin Schadensbildung: Die Einflüsse benachbarter Basen auf die Photoschädigung wurden am Beispiel des häufigsten oxidativen Schadens, 8-OxoGuanin, untersucht. Der Schädigungsmechanismus über ein langlebiges G-Radikal-Kation wurde experimentell widerlegt. Die sterische Anordnung der Basen, die Basenstapelung und die Länge der Oligonukleotide stellen wichtige Kriterien für die Schadensbildung dar. Die Reaktion eines Guanin-Neutralradikals mit dem umgebenden Wasser wird als Entstehungsmechanismus diskutiert. Schadensbildung an statistischen Sequenzen: Der Selektionsprozess in der frühen Entwicklung des Lebens wurde durch UV-Belichtung kurzer einzelsträngiger Oligonukleotide vorgegebener Länge mit zufälliger Basenabfolge plausibel nachgestellt. Die Häufigkeitsverteilung überlebender Sequenzen wurde mit der neuen, massiv parallelen Next-Generation-Sequencing Methode über eine zuverlässige Statistik bestimmt. Die Ergebnisse spiegeln nicht nur die Häufigkeitsverteilung bisher bekannter Photoschäden wieder, sondern zeigen darüber hinaus die evolutionär wichtigen Einflüsse benachbarter Basen auf. Die Ergebnisse im Rahmen dieser Arbeit weisen darauf hin, dass die Basen- Nachbarschaft in kurzen Oligonukleotiden merklichen Einfluss auf die Photostabilität der Sequenz gegenüber UV-Strahlung hat, was von zentraler Bedeutung für die Selektionsprozesse in der frühen Entwicklung des Lebens ist.
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Kufner, Corinna Lucia
2018
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Kufner, Corinna Lucia (2018): Sequenzselektive Schadensbildung und Reparatur von DNA durch UV-Bestrahlung. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

In der frühen Entwicklung des Lebens, ohne den Schutz der heutigen Erdatmosphäre, war die DNA erheblich stärkerer UVC-Strahlung ausgesetzt als heute. Diese kann DNA-Schäden hervorrufen, was zu einem Verlust der genetischen Information führen kann. Vor der Evolution enzymatischer Reparatur war die DNA zum Überleben folglich auf intrinsische Stabilisationsmechanismen angewiesen. In dieser Arbeit wurden erstmals die Quantenausbeuten sequenzselektiver Prozesse durch benachbarte Basen bei UV-Bestrahlung kurzer einzelsträngiger Oligonukleotide experimentell bestimmt. Selbstreparatur: Die Fähigkeit von Sequenzen zur Selbstreparatur wurde am häufigsten UV-Schaden von DNA, dem Cyclobutan-Thymin-Dimer, systematisch mit UV/Vis Spektroskopie untersucht. Bei allen untersuchten Sequenzen mit an den Schaden angrenzenden Purin-Basen zeigte sich ein Reparaturverhalten, welches die direkte Photoreparatur des Schadens, deutlich übersteigt. Die zugrundeliegenden Mechanismen wurde mit Hilfe von zeitaufgelöster Infrarot Anrege-Abtast-Spektroskopie untersucht. 8-OxoGuanin Schadensbildung: Die Einflüsse benachbarter Basen auf die Photoschädigung wurden am Beispiel des häufigsten oxidativen Schadens, 8-OxoGuanin, untersucht. Der Schädigungsmechanismus über ein langlebiges G-Radikal-Kation wurde experimentell widerlegt. Die sterische Anordnung der Basen, die Basenstapelung und die Länge der Oligonukleotide stellen wichtige Kriterien für die Schadensbildung dar. Die Reaktion eines Guanin-Neutralradikals mit dem umgebenden Wasser wird als Entstehungsmechanismus diskutiert. Schadensbildung an statistischen Sequenzen: Der Selektionsprozess in der frühen Entwicklung des Lebens wurde durch UV-Belichtung kurzer einzelsträngiger Oligonukleotide vorgegebener Länge mit zufälliger Basenabfolge plausibel nachgestellt. Die Häufigkeitsverteilung überlebender Sequenzen wurde mit der neuen, massiv parallelen Next-Generation-Sequencing Methode über eine zuverlässige Statistik bestimmt. Die Ergebnisse spiegeln nicht nur die Häufigkeitsverteilung bisher bekannter Photoschäden wieder, sondern zeigen darüber hinaus die evolutionär wichtigen Einflüsse benachbarter Basen auf. Die Ergebnisse im Rahmen dieser Arbeit weisen darauf hin, dass die Basen- Nachbarschaft in kurzen Oligonukleotiden merklichen Einfluss auf die Photostabilität der Sequenz gegenüber UV-Strahlung hat, was von zentraler Bedeutung für die Selektionsprozesse in der frühen Entwicklung des Lebens ist.