Strukturelle Studie zur Erweiterung des genetischen Codes durch ein artifizielles Nucleobasenpaar

Hydrophobe artifizielle Basenpaare, die keine Wasserstoffbrücken bilden, sind die derzeit vielversprechendsten Kandidaten zur Erweiterung des genetischen Alphabets. Die erfolgreichsten nichtnatürlichen Nukleobasen weisen wenig Ähnlichkeit untereinander und mit ihren natürlichen Gegenstücken auf. Daher ist es rätselhaft, wie sie von DNA‐Polymerasen prozessiert werden, den Enzymen, die in der Evolution eigentlich daraufhin optimiert wurden, effizient die natürlichen Bausteine zu prozessieren. Hier werden die strukturellen Hintergründe des enzymatischen Einbaus von dDs‐dPx, einem der vielversprechendsten hydrophoben nichtnatürlichen Basenpaare, in einen DNA‐Strang untersucht. Dazu wurde eine Kristallstruktur der KlenTaq‐DNA‐Polymerase mit einem modifizierten Templat/Primer‐Duplex und dem gebundenen nichtnatürlichen Triphosphat gelöst. Der ternäre Komplex zeigt, dass das artifizielle Paar genau wie ein natürliches Basenpaar eine planare Struktur annimmt, und lässt zudem Besonderheiten erkennen, die die immer noch schlechtere Einbaueffizienz bei der Prozessierung von nichtnatürlichen Substraten erklären könnten. Ergänzung zu A‐T und G‐C: Hydrophobe artifizielle Basenpaare haben ein großes Potenzial für die Erweiterung des natürlichen genetischen Codes. Im aktiven Zentrum der KlenTaq‐DNA‐Polymerase paart der vielversprechende Vertreter dDs‐dPxTP ähnlich planar wie ein natürliches Watson‐Crick‐Basenpaar; seine veränderte Größe und Form jedoch verursachen kleinere Abweichungen nahe dem aktiven Zentrum.