Die doppelte Doppelhelix

Bereits 1953 entdeckten Molekularbiologen die DNA-Doppelhelix. Heute ist bekannt, dass DNA auch andere Konformationen wie etwa eine Vierfachhelix-Struktur einnehmen kann. Diese sogenannten G-Quadruplexe (G4) sind guaninreiche Nukleinsäure-Abschnitte, die bisher in vitro und vereinzelt in lebenden Zellen beobachtet wurden. Allerdings unterlag der In-vivo-Nachweis bisher zahlreichen Störfaktoren – entweder führte die Detektionsmethode zum Zelltod oder hohe Konzentrationen der Detektionssubstanzen störten die natürliche G4-Bildung der Zelle. Einem Forscherteam um Dr. Marco Di Antonio von der University of Cambridge in Großbritannien gelang es 2020 erstmals, G4 in einzelnen Zellen mithilfe eines hocheffektiven Fluoreszenzmarkers in Echtzeit zu detektieren. Seine Ergebnisse veröffentlichte es im Juli 2020 im Fachjournal »Nature Chemistry« (DOI: 10.1038/s41557-020-0506-4).

Der Einsatz des Fluoreszenzmarkers, von dem nur nanomolare Konzentrationen benötigt werden, erlaubt die Lokalisation und die Beobachtung der Dynamik zwischen Bildung und Auflösung der G4 in der Zelle. Im menschlichen Genom sind diese Strukturen häufig in regulatorischen Sequenzen und in den für die Zellteilung essenziellen Schutzkappen der Chromosomen, den Telomeren, zu finden. Die Forschenden konnten beobachten, dass sich die Strukturen in der Zelle sehr schnell bildeten und ebenso schnell auflösten. Diese Dynamik deute darauf hin, dass sich G4 nur bilden, um eine bestimmte Funktion in der Zelle zu erfüllen, und dass sie sich »nach getaner Arbeit« wieder zurückbildeten, so die Forscherinnen und Forscher.