Struktur und Funktion nicht-kanonischer Nukleobasen

• Published in: Angewandte Chemie 2012-07, Vol.124 (29), p.7220-7242
• Main Authors: Carell, Thomas, Brandmayr, Caterina, Hienzsch, Antje, Müller, Markus, Pearson, David, Reiter, Veronika, Thoma, Ines, Thumbs, Peter, Wagner, Mirko
• Format: Article
• Language: ger
• Subjects: Basenmodifikation; Chemistry; DNA; Epigenetik; Nukleinsäuren; RNA
• ISSN: 0044-8249; 1521-3757
• DOI: 10.1002/ange.201201193

DNA und RNA enthalten neben den vier kanonischen Nukleobasen eine Vielzahl modifizierter Nukleoside, die ihren chemischen Informationsgehalt vergrößern. RNA ist dabei besonders reich an Modifikationen, was offensichtlich das Resultat der Anpassung an ihre komplexen und vielfältigen Aufgaben ist. Die modifizierten Nukleoside und deren chemische Struktur etablieren hierbei eine zweite Informationsebene, welche für die Funktion der RNA‐Verbindungen von zentraler Bedeutung ist. Auch die chemische Diversität der DNA ist größer als zunächst erwartet. Neben den vier kanonischen Basen enthält die DNA höherer Organismen insgesamt vier epigenetische Basen: m5dC, hm5dC, f5dC und ca5dC. Alle Zellen eines Organismus enthalten das gleiche genetische Material. Daher erfordert die Erfüllung der zahlreichen unterschiedlichen Aufgaben und Funktionen innerhalb dieses Organismus die kontrollierte Aktivierung und Inaktivierung Zelltyp‐spezifischer Gene. Die Regulation der zugrundeliegenden Unterdrückungs‐ und Aktivierungsprozesse erfordert eine zweite, epigenetische Informationsebene, die augenscheinlich direkt mit erhöhter chemischer Diversität verbunden ist. Diese Diversität wird von den modifizierten, nicht‐kanonischen Nukleosiden sowohl in DNA als auch in RNA bereitgestellt. DNA und RNA enthalten neben den vier kanonischen Nukleobasen eine Vielzahl modifizierter Nukleoside, die ihren chemischen Informationsgehalt vergrößern, darunter die vier epigenetischen Basen mC, hmC, fC und caC (siehe Schema). Aufgabe dieser modifizierten Basen ist es, zusätzlich zur ersten Informationsebene der DNA und RNA, die durch die Abfolge der kanonischen Watson‐Crick‐Basen bereitgestellt wird, eine zweite Ebene auf der Basis chemischer Komplexität aufzubauen.