Forscher der Universität Kanazawa beobachten DNA-abbauende Enzyme in Echtzeit

Forscher des Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI) der Universität Kanazawa haben in Echtzeit visualisiert, wie Enzyme DNA-Moleküle finden und zerlegen. Unter Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Atomkraftmikroskopie (HS-AFM) beobachtete das Team einzelne Enzyme bei ihrer Bewegung entlang von DNA und stellte fest, dass sie wiederholt zu anfälligen Regionen zurückkehrten, bevor es zur Fragmentierung kam. Diese Ergebnisse beleuchten, wie die Struktur der DNA ihre Anfälligkeit für enzymatischen Abbau beeinflusst.

Die Forschung konzentrierte sich auf Enzyme wie DNase I, die hilft, von beschädigten oder absterbenden Zellen freigesetzte DNA zu entfernen – ein Prozess, der bei Fehlfunktionen mit Entzündungs- und Autoimmunerkrankungen in Verbindung gebracht wird. Während die Chemie von DNase I gut verstanden ist, war die Beobachtung seiner präzisen Interaktion mit DNA auf molekularer Ebene bisher eine Herausforderung.

Die HS-AFM-Beobachtungen zeigten, dass DNase I nicht gleichmäßig mit DNA interagierte. Das Enzym verweilte häufig in der Nähe exponierter DNA-Enden und gekrümmter Regionen und kehrte oft zu diesen Bereichen zurück, bevor es zu einem Bruch kam. Basierend auf diesen Mustern entwickelten die Forscher einen konzeptionellen Rahmen namens STORM (Scan – Target – Occupy – Rupture – Mobilize), um die beobachteten Interaktionsstadien zu beschreiben.

Darüber hinaus zeigte die Studie, dass eng verpackte DNA dem Abbau widersteht. Von Protamin kondensierte DNA, insbesondere in kompakten toroidalen Strukturen, zeigte eine signifikante Resistenz gegenüber DNase I. Diese Strukturen blieben über längere Zeiträume intakt, was darauf hindeutet, dass die physikalische Organisation der DNA, nicht nur elektrostatische Wechselwirkungen, eine Barriere schafft, die den Zugang des Enzyms begrenzt.