8 Fragen zu Nukleotide

Die Bausteine, aus denen die DNA aufgebaut ist, heißen Nukleotide. Jedes Nukleotid besteht aus drei Komponenten: einem Phosphat, einem Zucker (Desoxyribose) und einer der vier stickstoffhaltigen Basen (Adenin, Thymin, Cytosin oder Guanin).

Uridinmonophosphat (UMP) ist ein Nukleotid, das eine wichtige Rolle im Stoffwechsel von Nukleinsäuren spielt. Es besteht aus der Nukleinbase Uracil, dem Zucker Ribose und einer Phosphatgruppe. UMP ist ein Vorläufermolekül für die Synthese von RNA und wird in verschiedenen biochemischen Prozessen verwendet, einschließlich der Synthese von Pyrimidinnukleotiden.

Bei den zurückbleibenden Fragmenten handelt es sich um Nukleotide. Nukleotide sind die Bausteine der Nukleinsäuren (DNA und RNA) und bestehen aus einem Zucker (Ribose in RNA, Desoxyribose in DNA), einer Phosphatgruppe und einer stickstoffhaltigen Base. Nukleoside hingegen bestehen nur aus einem Zucker und einer Base, ohne die Phosphatgruppe.

Antisense-Oligonukleotide (ASOs) sind kurze, synthetische Stränge von Nukleinsäuren, die komplementär zu einer spezifischen mRNA-Sequenz sind. Sie funktionieren, indem sie an diese Ziel-mRNA binden und dadurch deren Funktion blockieren. Hier sind die grundlegenden Mechanismen, wie ASOs wirken: 1. **Bindung an mRNA**: ASOs binden spezifisch an die komplementäre Sequenz der Ziel-mRNA. Diese Bindung erfolgt durch Watson-Crick-Basenpaarung. 2. **Hemmung der Translation**: Durch die Bindung an die mRNA kann die Translation der mRNA in ein Protein verhindert werden. Dies geschieht, weil das Ribosom die mRNA nicht mehr richtig ablesen kann. 3. **Induktion von RNase H**: Einige ASOs sind so konzipiert, dass sie die Rekrutierung von RNase H fördern, einem Enzym, das die RNA-DNA-Hybride abbaut. Dies führt zum Abbau der Ziel-mRNA. 4. **Spleißmodulation**: ASOs können auch an prä-mRNA binden und das Spleißen beeinflussen. Dies kann dazu führen, dass alternative Spleißvarianten produziert werden, die entweder nicht funktional sind oder eine veränderte Funktion haben. 5. **Blockierung von miRNA**: ASOs können auch verwendet werden, um microRNAs (miRNAs) zu blockieren, die normalerweise die Translation von mRNAs regulieren. ASOs haben sich als vielversprechende Werkzeuge in der Forschung und als therapeutische Mittel erwiesen, insbesondere bei genetischen Erkrankungen, bei denen die Reduktion eines spezifischen Proteins vorteilhaft ist. Ein Beispiel für ein zugelassenes ASO-Therapeutikum ist Nusinersen (Spinraza) zur Behandlung der spinalen Muskelatrophie.

Oligonukleotide sind kurze DNA- oder RNA-Moleküle, die aus einer kleinen Anzahl von Nukleotiden bestehen, typischerweise zwischen 13 und 25 Basenpaaren. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Molekularbiologie und Biotechnologie. Hier sind einige ihrer Hauptfunktionen: 1. **Primer in der PCR (Polymerase-Kettenreaktion)**: Oligonukleotide dienen als Primer, die an spezifische DNA-Sequenzen binden und die DNA-Polymerase anleiten, die DNA zu vervielfältigen. 2. **Sonden für Hybridisierung**: Sie können als Sonden verwendet werden, um spezifische DNA- oder RNA-Sequenzen in einer Probe zu erkennen. Dies ist nützlich in Techniken wie Southern Blotting, Northern Blotting und Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH). 3. **Antisense-Oligonukleotide**: Diese binden an mRNA und verhindern deren Translation in Proteine. Sie werden in der Forschung und in der Therapie verwendet, um die Expression bestimmter Gene zu hemmen. 4. **CRISPR-Cas9**: In der Genom-Editierung werden Oligonukleotide als Teil der CRISPR-Technologie verwendet, um gezielt DNA-Sequenzen zu erkennen und zu schneiden. 5. **Sequenzierung**: Oligonukleotide werden in der DNA-Sequenzierung als Primer verwendet, um die DNA-Polymerase zu leiten. Durch ihre Fähigkeit, spezifisch an komplementäre Nukleotidsequenzen zu binden, sind Oligonukleotide vielseitige Werkzeuge in der Genforschung und -manipulation.

Die Pentose in den Nukleotiden der DNA ist Desoxyribose. Desoxyribose ist ein Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen (daher der Name Pentose), der in der DNA vorkommt und sich von der Ribose, die in der RNA vorkommt, durch das Fehlen einer Hydroxylgruppe (-OH) am 2'-Kohlenstoffatom unterscheidet.

Für die Replikation und Transkription werden unterschiedliche Nucleotide benötigt: 1. **Replikation**: - Die Replikation ist der Prozess der DNA-Verdopplung. Hierbei werden Desoxyribonukleotide verwendet, die die Bausteine der DNA sind. Es gibt vier Arten von Desoxyribonukleotiden: - dATP (Desoxyadenosintriphosphat) - dTTP (Desoxythymidintriphosphat) - dGTP (Desoxyguanosintriphosphat) - dCTP (Desoxycytidintriphosphat) 2. **Transkription**: - Die Transkription ist der Prozess, bei dem DNA in RNA umgeschrieben wird. Hierbei werden Ribonukleotide verwendet, die die Bausteine der RNA sind. Es gibt vier Arten von Ribonukleotiden: - ATP (Adenosintriphosphat) - UTP (Uridintriphosphat) - GTP (Guanosintriphosphat) - CTP (Cytidintriphosphat) Diese Nucleotide sind essenziell für die jeweiligen Prozesse und ermöglichen die Synthese von DNA und RNA.

Antisense-Oligonukleotide (ASOs) und Morpholino-Oligonukleotide (MOs) sind beide Werkzeuge zur Modulation der Genexpression, aber sie unterscheiden sich in ihrer chemischen Struktur und Wirkungsweise. 1. **Chemische Struktur:** - **Antisense-Oligonukleotide (ASOs):** Diese bestehen aus natürlichen oder modifizierten Nukleotiden, die komplementär zu einer Ziel-mRNA sind. Modifikationen können an den Zucker-Phosphat-Rückgrat oder den Basen vorgenommen werden, um die Stabilität und Bindungsaffinität zu erhöhen. - **Morpholino-Oligonukleotide (MOs):** Diese bestehen aus morpholino-Ringen anstelle der Ribose- oder Desoxyribose-Zucker und haben ein nicht-ionisches Phosphorodiamidat-Rückgrat. Diese Struktur macht sie resistent gegen nukleolytische Enzyme und erhöht ihre Stabilität in biologischen Systemen. 2. **Wirkungsweise:** - **ASOs:** Sie binden an die Ziel-mRNA durch Watson-Crick-Basenpaarung und können die Genexpression auf verschiedene Weisen beeinflussen, z.B. durch Induktion des RNase H-vermittelten Abbaus der mRNA, Blockierung der Translation oder Modulation des Spleißens. - **MOs:** Sie binden ebenfalls komplementär an die Ziel-mRNA, aber ihre Hauptwirkung besteht darin, die Translation zu blockieren oder das Spleißen zu modifizieren, ohne die mRNA abzubauen. MOs sind besonders nützlich in der Entwicklungsbiologie und bei der Untersuchung von Genfunktionen in Modellorganismen. 3. **Anwendungen:** - **ASOs:** Werden häufig in der Forschung und in therapeutischen Anwendungen eingesetzt, z.B. zur Behandlung genetischer Erkrankungen wie spinaler Muskelatrophie oder Duchenne-Muskeldystrophie. - **MOs:** Werden hauptsächlich in der Grundlagenforschung verwendet, insbesondere in der Entwicklungsbiologie, um die Funktion von Genen in Modellorganismen wie Zebrafischen oder Xenopus zu untersuchen. Zusammengefasst unterscheiden sich ASOs und MOs hauptsächlich in ihrer chemischen Struktur und den spezifischen Mechanismen, durch die sie die Genexpression beeinflussen.