Wie führt umweltschädigende DNA zu Krankheiten?

Neue Forschungen des National Institute of Environmental Health Sciences haben zum ersten Mal herausgefunden, wie beschädigte Moleküle in den DNA-Strang eingeführt werden. Diese Moleküle können zu einigen Krankheiten - wie Krebs, Diabetes, Bluthochdruck, Herz-Kreislauf- und Lungenerkrankungen - beitragen, da sie den Zelltod auslösen.
Nachdem die DNA-Polymerase (graues Molekül im Hintergrund) ein beschädigtes Nukleotid in die DNA eingefügt hat, ist das beschädigte Nukleotid nicht in der Lage, sich mit seinem unbeschädigten Partner zu verbinden.
Bildnachweis: NIEHS

Veröffentlichen ihrer Ergebnisse in der Zeitschrift NaturForscher des National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) beschreiben, wie sie mit einer Technik namens Time-Lapse-Kristallographie Schnappschüsse biochemischer Reaktionen in Zellen aufgenommen haben.

Mit dieser Technik konnten die Forscher zum ersten Mal beobachten, wie die DNA-Polymerase - das Enzym, das die DNA-Bausteine ??zusammenfügt - sogenannte Nukleotide - DNA-Stränge in den DNA-Strang einwebt.

Sie haben auch gesehen, wie, wenn beschädigte DNA in den Strang eingeführt wird, sie einen Riss erzeugt, den die üblichen DNA-Reparaturmechanismen nicht reparieren können.

"Die beschädigte Nukleotidstelle ähnelt einer fehlenden Planke in einer Bahnstrecke", sagt Dr. Samuel Wilson, leitender Forscher des Teams. "Wenn der Motor anspringt, springt der Zug über die Strecke und alle Wagen kollidieren."

Die Schädigung des Nukleotids, so Dr. Wilson, wird durch "oxidativen Stress" verursacht. Dies ist die Erzeugung von freien Sauerstoffmolekülen als Reaktion auf die Exposition gegenüber bestimmten Chemikalien, UV-Strahlung oder anderen Umweltfaktoren.

Nukleotide werden "oxidiert", wenn sie ein zusätzliches Sauerstoffatom tragen. Oxidierte Nukleotide werden normalerweise eng unter Kontrolle gehalten, wenn sie jedoch unbeschädigte Nukleotide zahlenmäßig übertreffen, fügt die DNA-Polymerase diese zu dem Strang hinzu.

Dr. Wilson erklärt:

"Wenn eines dieser oxidierten Nukleotide in den DNA-Strang eingebracht wird, kann es sich nicht wie üblich mit dem gegenüberliegenden Nukleotid paaren, was eine Lücke in der DNA hinterlässt. Bis zu diesem Artikel hatte niemand wirklich gesehen, wie die Polymerase es tat oder verstand die nachgelagerten Implikationen. "

Das Team schlägt auch vor, dass Antioxidantien - Moleküle, die eine Oxidation verhindern - das Niveau der oxidierten Nukleotide reduzieren können, wodurch mögliche Krankheiten verhindert werden.

Könnten oxidierte Nukleotide nützlich sein, um Krebszellen abzutöten?

Obwohl die Brüche im DNA-Strang, die durch diese oxidierten Nukleotide verursacht werden, die Entwicklung von Krankheiten durch Abtötung von Zellen fördern können, legen die Forscher nahe, dass ein potentieller Nutzen darin besteht, den Prozess zum Abtöten von Krebszellen zu kontrollieren.

Krebszellen neigen zu mehr oxidativem Stress als normale Zellen, erklärt Bret Freudenthal, PhD, Hauptautor der Studie:

"Krebszellen sprechen das Problem an, indem sie ein Enzym verwenden, das oxidierte Nukleotide entfernt, die ansonsten durch DNA-Polymerasen in das Genom eingefügt würden. Untersuchungen anderer Gruppen ergaben, dass wenn Sie dieses Enzym hemmen, Sie Krebszellen abtöten können."

Vor kurzem, Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine in der Zeitschrift veröffentlichte Studie Krebsforschung Dabei wurde untersucht, ob DNA "blinde Flecken" - repetitive Regionen des Strangs, die ein "Stottern" in der Maschinerie verursachen - Krebsgene verbergen könnten.

Andere neuere Forschungen haben untersucht, wie Zellen ihre Chromosomen - dicht gepackte DNA-Bündel - kopieren, wenn sie sich teilen. Dieses Kopieren ist ein wichtiges Element in der Krebsforschung, genau dann, wenn beim Kopieren von Chromosomen Fehler gemacht werden, dass Zellen sich abnormal verhalten und Krebs auslösen.

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