Komplexe Sequenzabhängigkeit beim Transport von Überschusselektronen durch DNA mit verschieden starken Acceptoren

Abstract

Zahlreiche Untersuchungen zum Lochtransfer über weite Entfernungen in DNA-Doppelsträngen haben detaillierte Einblicke in die Abstands-und Sequenzabhängigkeit des Ladungstransports geliefert. [1][2][3][4] Im Unterschied zur Fülle an Informationen, die zum Lochtransfer zur Verfügung stehen, [5][6][7][8][9] ist nur wenig über den Transport von Über-schusselektronen durch DNA bekannt, bei dem sich nicht ein Kation, sondern ein Anion durch den Duplex bewegt. Sowohl wir [10][11][12][13] als auch andere Arbeitsgruppen [14][15][16][17][18][19] konnten zeigen, dass der Transfer von Überschusselektronen durch DNA einem Hopping-Mechanismus folgt, in dem die Pyrimidinbasen dC und dT als "Trittsteine" fungieren. [17] Zwar ist das Hopping negativer Ladungen durch DNA ein allgemein akzeptiertes Modell, allerdings wurden sehr widersprüchliche Daten zur Sequenzabhängigkeit dieses Prozesses erhalten. Untersuchungen des Ladungstransfers in modifizierter DNA, die entweder Arylamine, [14][15][16] Pyrene oder Phenothiazine [18,19] als Elektronendonoren und 5-Bromuracil als Elektronenacceptor enthielt, ergaben, dass der Elektronentransfer im Strang durch GC-Basenpaare deutlich weniger effizient verläuft als durch AT-Basenpaare. In unseren Studien mit einem reduzierten Flavin als Elektronendonor und einem Thymindimer als Elektronenacceptor -einem System, das die Reparatur UV-lichtinduzierter Thymindimerschäden durch Photolyasen nachahmt [20,21] -zeigte sich dagegen keine Sequenzabhängigkeit.[13] Die reduktive Öff-nung von Thymindimeren läuft vermutlich mit einer Geschwindigkeit von nur ca. 10 6 s À1 ab, [22] wogegen die Geschwindigkeit des Elektronen-Hoppings zwischen 10 8 und 10 9 s À1 liegen dürfte -daraus folgerten wir, dass die Dimeröffnung hier der geschwindigkeitsbestimmende Schritt sein könnte. Anhand von DNA-Duplexen, die zwei Thymindimere nacheinander enthielten, konnten wir vor kurzem nachweisen, dass das Elektron in der Lage ist, über ein Dimer zu springen, ohne es zu öffnen. Dies stützt die Annahme, dass die Dimeröffnung langsamer als das Hopping ist. [23] Inwieweit beeinflusst die Geschwindigkeit der Reaktion des Acceptors mit dem Überschusselektron die beobachtete Sequenzabhängigkeit des Ladungstransports in DNA? Zur Beantwortung dieser Frage haben wir 15 DNA-Haarnadeln 1-5 hergestellt (Abbildung 1). Diese enthalten den lichtabhängigen Flavin-Elektroneninjektor 6 (E * flav-red = À2.6 V gegen NWE) [24] in der Schleife der Haarnadel und einen der drei Elektronenacceptoren (5-Bromuracil [14][15][16] = Serie a, 8-Bromadenin = Serie b, 8-Bromguanin [25] = Serie c) in der gepaarten Region der Haarnadel; der Donor-Acceptor-Abstand beträgt ca. 17.5 .Die bimolekularen Geschwindigkeitskonstanten der Reaktion des solvatisierten Elektrons mit den drei Acceptoren (BrdA, BrdG und BrdU) sind bekannt und liegen allesamt im diffusionskontrollierten Bereich [26] mit ungefähr 1 10 10 -2 10 10 m À1 s À1 . [27][28][29] Dem primären Reduktionsschritt folgt die Freisetzung von Br À . [27,[30][31][32] Zwar sind die Redoxpotentiale der Br-substitu...

Chemical Radiation Studies of 8‐Bromo‐2′‐deoxyinosine and 8‐Bromoinosine in Aqueous Solutions

“…[10] In G quadruplexes, the reaction with e aq À indicated, for the first time, that excess electron transfer is also effective in this supramolecular arrangement. [9] In the present work, we extended our studies to 8-bromohypoxanthine nucleosides.…”

“…As expected from the mixing of the first-order growth and the secondorder decay, k obs increased with the dose/pulse ratio ( Figure 2, inset b). An empirical expression was used to fit the experimental data and extrapolate to zero dose [20] to give a rate constant of k c = (1.3 AE 0.1) 10 4 s À1 at 20 8C. The absorbance at l = 310 nm is also found to vary substantially with the dose.…”

Photoinduzierter reduktiver Elektronentransfer in LNA:DNA‐Hybriden: Kompromiss aus Konformation und Basenstapelung

“…Auf der Akzeptorseite fand BrdU sehr oft Anwendung, um den ET in DNA zu untersuchen. [5,7,8,23] Das BrdU-Radikalanion reagiert chemisch ausreichend schnell ab, um unterschiedliche ET-Effizienzen aufzulçsen. [25] Sowohl von uns [26] als auch von anderen [27] wurde zuvor angenommen, dass Thymine die wichtigsten Elektronenüberträger sind.…”

“…[25] Sowohl von uns [26] als auch von anderen [27] wurde zuvor angenommen, dass Thymine die wichtigsten Elektronenüberträger sind. Deswegen wurden bis zu vier T-A-Basenpaare zwischen Donor (2PydU) und Akzeptor (BrdU) in DNA III-0 bis III- [5,7,8,23,25] wurde erwartet, dass die PAGE-Analyse belichteter Proben, die mit Piperidin behandelt wurden, die Bildung von Strangbrüchen im Bereich der BrdU-Modifikation anzeigt. Diese wurden für die quantitative Analyse kombiniert (Tabelle 2).…”

“…Zweitens ist unterdessen akzeptiert, dass die Menge an Strangbruch die relative Effizienz des ET widerspiegelt. [5,7,8,23,25] Auf der Basis dieser beiden Annahmen kçnnen die beobachteten Unterschiede allein den zwei Parametern zugeordnet werden, die eingangs diskutiert wurden: Der Helixtyp, A oder B, beeinflusst den ET durch verschiedenartige Basenstapelung, oder die unterschiedliche Flexibilität moduliert den ET. In der Literatur wurde der effiziente Ladungstransfer in DNA:RNA-Hybriden fast ausschließlich der flexibleren Struktur im Vergleich zur DNA zugeordnet.…”