Neues Bauteil im Kopierwerk entdeckt

Vererbung funktioniert dank Eisen und Schwefel: Lebewesen mit echtem Zellkern vervielfältigen ihr Erbgut mithilfe des Enzyms DNA-Polymerase, das eine Eisen-Schwefel-Verbindung als Kofaktor benötigt, um zu funktionieren. Das berichtet ein internationales Forscherteam unter Marburger Leitung in der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift „Nature Chemical Biology“, die am 27. November 2011 vorab online erschienen ist.

Die Replikation der Erbsubstanz DNA beruht auf der Aktivität spezieller Enzyme, den DNA-abhängigen DNA Polymerasen: Sie kopieren die schon vorliegende DNA und verknüpfen neue Bausteine zu einem exakten Replikat dieser DNA. „Wir haben in den verschiedenen DNA-Polymerasen der Hefe einen bislang unentdeckten Eisen-Schwefel-Kofaktor gefunden“, erklärt Privatdozent Dr. Antonio Pierik von der Philipps-Universität, Senior-Autor der Studie. Der Eisen-Schwefel- Komplex (Fe-S-Cluster) ist erforderlich, um das Zusammenspiel der verschiedenen Polymerase- Untereinheiten zu stabilisieren.

Es war schon länger bekannt, dass DNA-Polymerasen das Metall Zink für ihre Funktion benötigen. Die Erstautorin Dr. Daili J. A. Netz ging nun der Vermutung nach, dass die Kopierfunktion dieser Enzyme neben Zink auch eine Eisen-Schwefelverbindung erfordern könnte. Wie das Autorenteam aus Marburg und St. Louis in den USA nunmehr in ihrer biochemischen Studie zeigen konnte, binden alle vier DNA-Polymerasen der Hefe tatsächlich einen Fe-S-Cluster . Um dessen genaue Funktion aufzuklären, fügten die Forscherinnen und Forscher Mutationen in die Bindestellen einer DNA-Polymerase für Fe-S-Cluster ein. Die Konsequenz war eine gestörte Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Untereinheiten des Enzyms, was letztlich zum Tod der Zelle führt.

„Das Vorliegen eines lebensnotwendigen Eisen-Schwefel-Clusters ändert das bisherige Verständnis davon, wie DNA-Polymerasen in der Zelle arbeiten“, resümiert der Marburger Zellbiologe Professor Dr. Roland Lill, Koautor der aktuellen Studie: „Unsere Daten weisen darauf hin, in welcher Weise die DNA- Replikation beeinträchtigt ist, wenn der Cluster fehlt.“

Die vorliegende Forschungsarbeit wurde unter anderem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die Von Behring-Röntgen-Stiftung und die Max-Planck-Gesellschaft finanziell gefördert.

Originalveröffentlichung: Daili J. A. Netz & al.: Eukaryotic DNA polymerases require an iron-sulfur cluster for the formation of active complexes, Nature Chem. Biol. (2011), DOI: 10.1038/10.1038/nchembio.721

Weitere Informationen:

Ansprechpartner: PD Dr. Antonio Pierik,
Institut für Klinische Zytobiologie und Zytopathologie
(AG Professor Dr. Roland Lill)
Tel.: 06421 28- 63856
E-Mail: pierik@staff.uni-marburg.de

Professor Dr. Roland Lill,
Institut für Klinische Zytobiologie und Zytopathologie
Tel.: 06421 28- 66449
E-Mail: lill@staff.uni-marburg.de