DNA-Kettenhemd schützt Wirkstofftransport

9. Juni 2015
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Ein künstlich hergestelltes Helixbündel, in das Catenanstrukturen eingeführt wurden, bildet ein zylinderförmiges Kettenhemd. Es hat eine höhere Schmelztemperatur als zusammengelagerte Strukturen. Künftig könnte es für den effektiven Wirkstofftransport zum Zielorgan dienen.

Kleine DNA-Einzelstränge können sich selbstständig zu Nanostrukturen zusammenlagern. Wissenschaftler haben nun solche Oligonukleotide nicht nur zu DNA-Nanoröhren zusammengefügt, sondern diese auch durch interne Ringbildung stabilisiert. Die wie ein Kettenhemd aufgebauten DNA-Catenan-Strukturen halten sowohl hohen Temperaturen als auch chemischer und enzymatischer Behandlung stand.

Widerstandsfähige Catenanringe

Catenane sind sich gegenseitig durchdringende Ringe, die ein robustes Gerüst bilden können – wie Kettenglieder in einer Ritterrüstung. Eine natürliche Catenanstruktur von DNA liegt in der Kinetoplasten-DNA des Geißeltierchens Trypanosoma vor. Antonio Manetto und Kollegen haben nun ein sechs Helices überspannendes DNA-Bündel aus 24 Einzelnucleotiden aus sogenannten DNA-Kacheln, hergestellt durch DNA-Origami, zusammengesetzt. In das Helixbündel führten sie durch effiziente Klickchemie Catenanstrukturen ein – und verwandelten die Röhre gewissermaßen in ein zylinderförmiges Kettenhemd.

Anders als die unstabilisierte Struktur überstanden die Catenanringe sowohl Hitzebehandlung als auch Ausfällung und Exonuclease-Abbau. Nach und nach erweiterten daher Manetto und Kollegen die Zahl der Catenane, bis schließlich alle 24 Oligonukleotide im Helixbündel in Catenanstruktur verbunden waren. Dieses „DNA-Kettenhemd“ zeigte eine deutlich höhere Schmelztemperatur als nur zusammengelagerte Strukturen, war also viel widerstandsfähiger.

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Die wie ein Kettenhemd aufgebauten DNA-Catenan-Strukturen halten sowohl hohen Temperaturen als auch chemischer und enzymatischer Behandlung stand. © Wiley-VCH

Wirkstofftransport zum Zielorgan

Solche DNA-Nanostrukturen können in Technologien von der Elektronik und Nanooptik bis hin zur Nanomedizin und in der Diagnostik zur Anwendunge kommen, wie zum Beispiel für den Wirkstofftransport zum Zielorgan. Die neue Methode könnte solche DNA-Nanobehälter relativ leicht zugänglich machen. Dazu meinen die Autoren: „Über die Herstellung von DNA-Catenanen unterschiedlicher Größe und Kettengeometrien hinaus lassen sich mit dieser Methode Oligonukleotide zu langer einzelsträngiger DNA verknüpfen. Dies könnte eine Möglichkeit sein, Gensynthese nicht nur enzymatisch ablaufen zu lassen.“

Originalpublikation:

One-Step Formation of „Chain-Armor“-Stabilized DNA Nanostructures
Valentina Cassinelli et al.; Angewandte Chemie, doi: 10.1002/anie.201500561; 2015

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