Studien zur kovalenten Vernetzung von DNA-Origami-Strukturen

Ziel dieser Arbeit war es, neue Methoden für die kovalente Verknüpfung von Oligonukleotiden in einer vorgegebenen Sequenz zu etablieren, die geeignet sind in komplexen DNA-Strukturen mit vielen Einzelsträngen parallel abzulaufen. Die Herstellung von DNA-Nanostrukturen, gelang über die DNA-Origami-Methode. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass ein Gerüststrang mit 700 Basen Länge, genannt M1.3, die Herstellung von DNA-Origami erlaubt. Eine Herausforderung für mögliche Anwendungen von DNA-Nanostrukturen ist jedoch ihre thermische und mechanische Labilität. Damit ergab sich für die vorliegende Dissertation die erste Aufgabenstellung, DNA-Nanostrukturen über Linker an den Kernbasen der Verknüpfungsstränge mit Disulfidbrücken thermisch zu stabilisieren. Zuerst wurde eine unmodifizierte DNA-Nanostruktur in Form einer quadratischen Röhre entworfen, in einer Ausbeute von bis zu 90% hergestellt und charakterisiert. Es ergab sich ein Umsatz von 87% bei der Ausbildung der Disulfidbrücken zwischen den Vernetzungssträngen der Origami. Letztlich konnte eine UV-Schmelzpunktserhöhung von mindestens 20 °C und eine Stabilisierung gegenüber denaturierenden Bedingungen für die DNA-Origami erhalten werden.

Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Eigenschaft von DNA-Origami verwendet sequenzspezifisch eine Vielzahl an DNA-Strängen zu hybridisieren, um Ligationen im Phosphatrückgrat der Oligonukleotide im DNA-Origami durchzuführen. Dazu wurde ein Origami-Konstrukt verwendet, welches, unter anderem, sechs einzelne 5'-phosphorylierte 100mer Oligonukleotiden beinhaltete. Die Ligation konnte durch die Verwendung von EDC als Kondensationsmittel initiiert werden und ergab ein Umsatz von ca. 65% pro Reaktionsschritt mit einer Gesamtausbeute von 9% für ein cyclisches Produkt, bzw. 7% für ein lineares Produkt, wie mittels Gelelektrophorese bestimmt werden konnte. Die chemische Ligation von Oligonukleotiden könnte eine kostengünstige Alternative zu enzymatischen Ligation darstellen und im Bereich der Gensynthese Anwendung finden. Kleine DNA-Origami-Strukturen, die durch Quervernetzungen oder Ligationen im Rückgrat stabilisiert wurden, könnten zusätzlich als künstliche Rezeptoren, Katalysatoren oder strukturgebende Einheiten für praktische Anwendungen nützlich werden.