Forscher entdecken eine zusätzliche DNA-Base

Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin – diese vier Nukleinbasen sind die Bausteine des Lebens. Sie bilden die Basenpaare, aus denen die Doppelhelixstruktur von DNA besteht. Bei RNA nimmt Uracil den Platz von Thymin ein. Unterm Strich sind uns also fünf Nukleinbasen bekannt. Fünf? Nein. Vor kurzem entdecken Wissenschaftler eine sechste Nukleinbase, die sie als 5-Formylcytosin (oder kurz: 5fC) bezeichneten.

DNA Bild — Foto: Fairy DNA, Stuart Caie, Flickr, CC BY-SA 2.0

Genaue Aufgabe der sechsten Base noch unbekannt

Neben den vier bekannten Nukleinbasen, aus denen die DNA besteht, existieren noch mehrere chemische Modifikationen der Basen, die als epigenetische Marks bezeichnet werden. Sie können beeinflussen, wie eine DNA-Sequenz interpretiert wird und kontrollieren, ob und wann bestimmte Gene aktiviert oder deaktiviert werden. So konnte durch kleine Manipulationen dieser epigenetischen Marks beispielsweise die Größe einer Ameisenart verdoppelt werden. Außerdem ist bekannt, dass menschliche Babys, deren Mütter während der Schwangerschaft rauchten, bestimmte epigenetische Veränderungen aufweisen, die bei Babys von Nichtraucher-Müttern nicht nachgewiesen werden können.

5cF ist einer dieser epigenetischen Marks und der Wissenschaft bereits seit 2011 bekannt. Sie wird gebildet, wenn Enzyme Sauerstoff zu methylierter DNA hinzufügen, insbesondere, wenn das Methyl an das Cytosin gebunden ist. Bisher galt 5cF jedoch als Zwischenstufe von Cytosin, die durch Reparatur-Enzyme wieder entfernt wurde. Nun hat ein Team unter Shankar Balasubramanian von der University of Cambridge nachgewiesen, dass 5cF nicht nur kurzzeitig besteht. Die Base ist in lebendigem Gewebe stabil und spielt daher aller Wahrscheinlichkeit nach eine wichtige Rolle. Wie diese Rolle genau aussieht, konnten die Forscher bisher noch nicht herausfinden.

5cF: Eine Base, die sich versteckt

Die Wissenschaftler nutzten hochauflösende Massenspektrometrie, um das Level von 5cF in lebendigem Gewebe von erwachsenen Mäusen sowie Mäuse-Embryos zu untersuchen. Außerdem überprüften sie embryonale Stammzellen von Mäusen. In allen Geweben fanden sie 5cF. Die Base war allerdings nur schwer zu entdecken.

“This modification to DNA is found in very specific positions in the genome – the places which regulate genes. In addition, it’s been found in every tissue in the body – albeit in very low levels”, so der führende Autor der Studie, Martin Bachman in einem Statement. “If 5fC is present in the DNA of all tissues, it is probably there for a reason”, fügte Balasubramanian hinzu.

Am höchsten war das Level von 5fC im Gehirn der Mäuse. Aber sogar dort fanden die Forscher nur 10 Teile pro Million oder weniger. In anderen Geweben fiel der Wert auf 1–5 Teile pro Million.

Das Team überwachte die Absorption von stabilen Wasserstoff- und Kohlenstoff-Isotopen durch 5fC. Wäre das Molekül lediglich eine Zwischenstufe, dann wäre eine hohe Isotop-Absorption zu erwarten gewesen. Allerdings fanden die Forscher nur sehr geringe Absorptionsraten, was für einen stabilen Zustand von 5fC spricht. “It had been thought this modification was solely a short-lived intermediate. But the fact that we’ve demonstrated it can be stable in living tissue shows that it could regulate gene expression and potentially signal other events in cells”, so Balasubramanian.

Über die Rolle von 5fC können die Forscher nur spekulieren. Balasubramanian vermutet, dass das Molekül die Art und Weise verändert, wie DNA von verschiedenen Molekülen erkannt wird. Dies könnte in einer veränderten Genexpression resultieren. Die Erforschung der Rolle von 5fC hat sich das Team als nächste Aufgabe vorgenommen.