Aufklärung von krankheitsrelevanten molekularen Mechanismen durch Einzelmolekülmikroskopie

Für die Entstehung vieler Krankheiten sind Mutationen innerhalb der Aminosäure-sequenz verschiedener DNA-binde Proteine wie Transkriptionsfaktoren ursäch-lich. Eine dadurch modifizierte DNA-Bindung dieser Faktoren kann eine Verände-rung der nachgeschalteten Genexpression auslösen. Die Aufklärung dieser DNA-Bindungs-Pathogenität ist wichtig um verschiedene Krankheiten zu verstehen. Damit eine Analyse der DNA-Bindekinetik an spezifischen Stellen im Genom mög-lich wird, ist eine gezielte Markierung bestimmter Gene nützlich. In dieser Arbeit wurden neue Ansätze zur spezifischen Genommarkierung in leben-den Zellen als auch Organismen entwickelt und erste Charakterisierungsexperi-mente durchgeführt. Diese können als Ausgangspunkt für eine Erweiterung und eventuelle Verbesserung der bisherigen Markierungswerkzeuge gesehen werden. Zudem konnte in dieser Arbeit mit Hilfe von Einzelmolekülmikroskopie der mögliche Einfluss elektrostatischer Wechselwirkungen von Proteinoberflächen als potentieller krankheitsrelevanter molekularer Mechanismus identifiziert werden. Es wurde festgestellt, dass die Mutation von positiv geladenen Aminosäuren in-nerhalb der DNA-Bindetasche der Endonuklease G zu einer geringeren spezi-fischen Bindung des Moleküls führt als auch die Anzahl an EndoG-Proteinen, welche eine solche Bindung ein-gehen. Des Weiteren konnten die von Ku80c118 abgeleiteten 28 Aminosäuren-Peptide Ku3 und Sk3 als (Teil-)Inhibitoren der EndoG-Chromatin-Bindung identifiziert werden. Zusätzlich wurde für die pathogene Extension der polaren ungeladenen Amino-säure Glutamnin (Q) am Beispiel der AR (Androgenrezeptor)-Q63-Variante eine gesunkene Anzahl an spezifischen Chromatin-Interaktionen nachgewiesen. Für eine Punktmutation im IRF4 konnte in dieser Arbeit eine DNA-Affinitätserhöhung gemessen werden. Des Weiteren wurde fest-gestellt, dass der pathogene Mechanismus einer anderen IRF4-Mutante wahr-scheinlich auf einen entstandenen erleichterten Kernimport zurückzuführen ist.