Was ist DNA-Synthese? Ihre Bedeutung für die Krebsentstehung

DNA-Synthese - Herstellung einer Kopie der DNA

Die kleinste lebende Baueinheit des Körpers ist die Zelle. Das Steuerungsmolekül der Zellen, die DNA, trägt sämtliche von den Eltern stammenden genetischen Informationen. Um diese Information zu bilden, enthält die DNA ein System aus Nukleotiden. Diese Nukleotide bestehen aus den Basen Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) oder Thymin (T), einem Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen und einer Phosphatgruppe. Die Anordnung der Nukleotide in unterschiedlichen Kombinationen bildet die genetische Information. Mithilfe dieser genetischen Information werden für die lebenswichtigen Körperfunktionen benötigte Moleküle, die Proteine produziert. Proteine erfüllen im Körper sehr unterschiedliche Aufgaben. Diese reichen von der DNA-Synthese bis zur Produktion des Hormons Insulin. Bei der Zellteilung muss die genetische Information erhalten bleiben . Zellteilung ist ein biologischer Prozess, der etwa für Wachstum, Wundheilung und die Bildung neuer Blutzellen nötig ist. Während dieses Teilungsvorgangs muss eine Kopie der DNA hergestellt und diese Kopien müssen auf zwei getrennte Zellen übertragen werden. DNA ist eine helikale Struktur aus zwei Strängen mit Nukleotiden. Die Nukleotide paaren sich als Guanin-Cytosin und Adenin-Thymin. Die Herstellung einer DNA-Kopie heißt DNA-Synthese . Bei der DNA-Synthese muss die genetische Information der sich teilenden Zelle exakt kopiert werden.

Die DNA-Synthese ist ein semikonservatives Modell. Das bedeutet, dass die Hälfte des DNA-Strangs die alte und die andere Hälfte die neu gebildete DNA-Kette enthält.

Die DNA-Synthese beginnt damit, dass verschiedene Proteine das Enzym Helikase im zu synthetisierenden Bereich positionieren, damit es unter ATP-Verbrauch die beiden DNA-Stränge trennt. Sobald die Helikase positioniert ist und die Stränge zu öffnen beginnt, kommt zum geöffneten Bereich das Enzym DNA-Polymerase . Die DNA-Polymerase verlängert den neuen DNA-Strang mit dem alten DNA-Strang als Vorlage in einer bestimmten Richtung (5’ >> 3’). Da bei einem der neu synthetisierten Stränge die Syntheserichtung 3’ >> 5’ ist, kann die DNA-Polymerase diesen Bereich nicht synthetisieren. Denn DNA-Polymerase kann DNA nur in Richtung 5’ >> 3’ synthetisieren. Um dieses Problem zu lösen, synthetisiert das Enzym Primase am 3’-Ende in bestimmten Abständen RNA- Primer. Dank dieser RNA-Primer kann die Polymerase auch an diesem Strang in Richtung 5’ >> 3’ synthetisieren. Nach dieser Synthese kann die DNA-Polymerase jedoch den DNA-Bereich zwischen zwei RNA-Primern nicht verbinden. Dieses getrennt vorliegende Stück wird als Okazaki-Fragment bezeichnet. Für die Verbindung dieses Fragments ist das Enzym Ligase verantwortlich. Die vor dem Synthesebereich durch die helikale DNA-Struktur entstehende Stauchung wird durch das Enzym Topoisomerase behoben. Dieser Vorgang setzt sich vom Beginn bis zum Ende des Synthesebereichs fort.

Welche Bedeutung hat das Verständnis der DNA-Synthese für Krebs?

Bei der DNA-Synthese paart die DNA-Polymerase die Basen möglicherweise nicht immer richtig. Sie besitzt einen Fehlerkorrekturmechanismus. Trotz dieses Mechanismus beträgt die Fehlerrate in einer normalen menschlichen Zelle eins zu 10 Milliarden (in unserem Körper werden 37 Billionen menschliche Zellen angenommen, und von diesen Zellen teilt sich täglich bei 300 jeweils 1). Fehler in Nukleotiden werden als Mutationen bezeichnet.

Infolge der entstandenen Mutationen kann sich das aus dem betreffenden Genbereich produzierte Protein verändern; seine Produktion kann verhindert oder gesteigert werden. Handelt es sich bei diesem Bereich um ein Protoonkogen (das für ein möglicherweise krebsförderndes Protein codiert), wird er durch die Mutation zum Onkogen (aktiv für die Krebsentstehung). Tritt beispielsweise eine Mutation auf, welche die Produktion des an einem DNA-Syntheseweg beteiligten Myc-Proteins erhöht, kann dies die Krebsentstehung auslösen. Führt andererseits eine Mutation zur Inaktivierung des Retinoblastomproteins, eines Hemmers desselben Signalwegs, kann auch das Krebs auslösen. So kann bei der scheinbar einfachen DNA-Synthese selbst ein kleiner Fehler zusammen mit langfristig angesammelten Mutationen Krebs verursachen. Die meisten heute klinisch eingesetzten Chemotherapien zielen auf die DNA-Synthese von Krebszellen.