Röntgenstrahlen wechselwirken mit Gene-V Protein und Ectoin.
Quelle: Royal Society of Chemistry (Back cover Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP), Issue7, 2023, Creative Commons)
Die Instandhaltung der DNA - als Träger der Erbinformation - ist entscheidend für das Überleben von Zellen. Sobald Schäden an der DNA z.B. durch chemische Angriffe oder Strahlung auftreten, werden Reparaturprozesse eingeleitet. Bei diesen Reparaturen spielen Einzelstrang-DNA bindende Proteine wie das Protein Gene-V Protein (G5P) eine wichtige Rolle. Durch ihre Bindung an die empfindliche Einzelstrang-DNA können sie diese schützen, bis die kompletten biologischen Prozesse abgeschlossen sind. Doch wie reagiert das G5P selbst auf ionisierende Strahlung, z.B. wenn eine Strahlenbehandlung während einer Krebstherapie durchgeführt wird?
In dieser Studie wurde ein neuer Ansatz zur Verlängerung der möglichen Bestrahlungszeit des Proteins G5P untersucht. Dazu wurde ein Radikalfängermolekül während der Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) des DNA-bindenden Proteins eingesetzt. Das Molekül Ectoin wurde in seiner Eigenschaft als Cosolut (ein zusätzlicher gelöster Stoff) und als Radikalfänger zum Schutz des Proteins G5P vor Radikalen, die während einer Strahlenexposition entstehen, verwendet. Dabei wurden die strahlungsinduzierten Veränderungen von G5P während der SAXS-Messungen überwacht und die resultierende Energie-Schädigungs-Relation aus mikrodosimetrischen Berechnungen durch Monte-Carlo-basierte Partikelstreusimulationen bestimmt. In Gegenwart von Ectoin war eine dreifache Erhöhung der Energiedeposition erforderlich, um das gleiche Schadensniveau zu erreichen, wie bei reinem G5P. Dies weist darauf hin, dass Ectoin die mögliche Strahlungsexpositionszeit erhöht, indem es mit reaktiven Spezies in wässriger Lösung interagiert, bevor eine Strahlenschädigung von G5P beobachtet wird. Darüber hinaus verschob sich die vorherrschende Schadensart von der G5P-Aggregation in reinen Lösungen hin zu einer G5P-Fragmentierung für Lösungen, die Ectoin als Cosolut enthielten. Dies könnte mit dem bevorzugten Ausschluss des Cosoluts von der Proteinoberfläche zusammenhängen. Es wurde gezeigt, dass Ectoin in zukünftigen Studien eine Möglichkeit bietet, die Strukturbestimmung von Proteinen über Bio-SAXS zu verbessern und somit als Strahlungsschutz von DNA-bindenden Proteinen verwendet werden kann.
Bio-SAXS of single-stranded DNA-binding proteins: radiation protection by the compatible solute ectoine
Dorothea C. Hallier, Glen J. Smales, Harald Seitz, Marc Benjamin Hahn
veröffentlicht in: Physical chemistry chemical physics (PCCP), Band 25, Heft 7, Seiten 5.372 bis 5.382
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