Struktur und Funktion nicht‐kanonischer Nukleobasen

Abstract

DNA und RNA enthalten neben den vier kanonischen Nukleobasen eine Vielzahl modifizierter Nukleoside, die ihren chemischen Informationsgehalt vergrößern. RNA ist dabei besonders reich an Modifikationen, was offensichtlich das Resultat der Anpassung an ihre komplexen und vielfältigen Aufgaben ist. Die modifizierten Nukleoside und deren chemische Struktur etablieren hierbei eine zweite Informationsebene, welche für die Funktion der RNA‐Verbindungen von zentraler Bedeutung ist. Auch die chemische Diversität der DNA ist größer als zunächst erwartet. Neben den vier kanonischen Basen enthält die DNA höherer Organismen insgesamt vier epigenetische Basen: m5dC, hm5dC, f5dC und ca5dC. Alle Zellen eines Organismus enthalten das gleiche genetische Material. Daher erfordert die Erfüllung der zahlreichen unterschiedlichen Aufgaben und Funktionen innerhalb dieses Organismus die kontrollierte Aktivierung und Inaktivierung Zelltyp‐spezifischer Gene. Die Regulation der zugrundeliegenden Unterdrückungs‐ und Aktivierungsprozesse erfordert eine zweite, epigenetische Informationsebene, die augenscheinlich direkt mit erhöhter chemischer Diversität verbunden ist. Diese Diversität wird von den modifizierten, nicht‐kanonischen Nukleosiden sowohl in DNA als auch in RNA bereitgestellt.

Artificial Genetic Sets Composed of Size‐Expanded Base Pairs

“…As a consequence of their fundamental significance in all living organism, nucleic acids and their modifications have become the focus of many research groups. In addition to the naturally occurring noncanonical nucleobases,2 many examples of non‐natural bases and base pairs have been described and reviewed,3–6 including nucleobase shape mimics,4 hydrophobic pairs,5 metal‐mediated base pairs,6 and base pairs with altered hydrogen‐bonding motifs 7…”

Polymerase Synthesis of Photocaged DNA Resistant against Cleavage by Restriction Endonucleases

“…They also reported [7] that both dU NB TP and the U NB -containing DNA sequence can be easily deprotected to 5-(hydroxymethyl)uracil-containing nucleotides (dU HM TP) or DNA by UV irradiation. [12] The related 5-(hydroxymethyl)cytosine and its oxidized derivatives 5-formyl-and 5-(carboxy)cytosine are of paramount importance as newly discovered epigenetic markers, [13] which are not only intermediates in the demethylation of cytosine but also act as specific signals for gene expression. Moreover, the 5-(hydroxymethyl)uracil-modified DNA is interesting in itself, as this noncanonical nucleobase was found to be present in some genomes.…”

Polymerase Synthesis of Photocaged DNA Resistant against Cleavage by Restriction Endonucleases

“…[11] Recently, U HM was found to influence binding of transcription factors and chromatine remodelling in mouse embryonic stem cells. [12] The related 5-(hydroxymethyl)cytosine and its oxidized derivatives 5-formyl-and 5-(carboxy)cytosine are of paramount importance as newly discovered epigenetic markers, [13] which are not only intermediates in the demethylation of cytosine but also act as specific signals for gene expression. [14] Here we report the use of nitrobenzyl-protected triphosphate dU NB TP for the polymerase construction of major-groove photocaged DNA that is resistant to RE cleavage, and the photodeprotection leading to U HM -modified DNA.…”