Strukturelle Organisation der DNA in PBCV-1

• Main Author: Wulfmeyer, Timo
• Format: Others
• Language: German; de
• Published: 2012
• Online Access: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3199/1/Wulfmeyer.PDF; Wulfmeyer, Timo <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Wulfmeyer=3ATimo=3A=3A.html> : Strukturelle Organisation der DNA in PBCV-1. Technische Universität, Darmstadt [Ph.D. Thesis], (2012)

Der Prozess der DNA-Kondensation stellt in allen lebenden Organismen einen komplizierten Prozess dar. Der Größenunterschied zwischen DNA-Molekül und Zelle bzw. Viruskapsid, sowie die negative Ladung des Phosphatrückgrates der DNA sind die größte Schwierigkeit einer erfolgreichen DNA-Aggregation. Im Laufe der Evolution haben sich unterschiedliche Prozesse entwickelt, um diese Aufgabe erfolgreich durchzuführen. So kodieren z.B. eukaryotische Zellen für Proteine, so genannte Histone, die wie in einer Spule von der DNA eng umschlungen werden. Dadurch ist es möglich die DNA zu kondensieren und eng zu packen. Dieser Prozess kann ebenfalls von positiv geladenen Molekülen, Polyaminen oder Kationen durchgeführt werden. Ebenso wurden Prozesse etabliert, die es ermöglichen Geninformation auf geringem Raum zu kodieren, die so genannten overlapping genes, um die Größe des Genoms zu reduzieren. Chlorellaviren sind ein positives Beispiel für eine erfolgreiche DNA-Kondensation wie am Prototyp dieser Familie, PBCV-1 zu erkennen ist. Die Herausforderung für diese Virengruppe besteht darin, ein Genom in ihrem Kapisd zu verpacken, welches 1000 mal länger ist. In topographischen Atomic force microscopy - und fluoreszenzmikroskopischen Messungen wurde festgestellt, dass die isolierte, virale DNA repetitive Strukturen aufweist. Des Weiteren zeigen Sequenzanalysen, dass eine periodische Verteilung GC-reicher Sequenzen vorliegt, die mögliche Bindungsstellen für basische Proteine sein können. Biochemische Experimente zeigen, dass keine signifikanten Konzentrationen an Polyaminen vorliegen und diese Menge lediglich 0.02 % der DNA kondensieren könnte. Ebenso liegt keine höhere Konzentration eines einzelnen Kations, z.B. Mg2+, vor, wie Energy dispersive X-ray spectroscopy und Inductively coupled plasma-mass spectrometry belegen. Es ist allerdings möglich, dass die Summe aller Kationen für die Kondensierung teilweise verantwortlich ist, da bereits 58 % der DNA neutralisiert werden könnte. Diese Erkenntnis steht im Gegensatz zu den Ergebnissen der Phage λ, die ausschließlich Kationen und Polyamine zur Aggregation nutzt. PBCV-1 kodiert für ein Protein, A278L, welches Kinaseaktivität aufweist. Des Weiteren ähnelt A278L in den physikalischen Eigenschaften Histonen und ist somit ein wichtiger Kandidat für die Aggregation der viralen DNA. Das rekombinante Protein zeigt in topographischen AFM-Messungen, im Vergleich zum neutralen Protein BSA, eine Verdopplung der Aggregation der viralen DNA. Kraftspektroskopische Messungen zeigen, dass das rekombinante Protein A278L (25 nN) eine ähnliche Bindungskraft zur DNA aufweist wie die an der DNA assoziierten Partikel (64 nN). Dieses Protein könnte, neben Kationen, für das Aggregieren der DNA verantwortlich sein, so dass eine Metastruktur und eine Organisation der viralen DNA gewährleistet werden kann.