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Eine hundertprozentige Genauigkeit bei der DNA-Replikation ist genau der Mechanismus, um der Nachkommenschaft das exakte Genmuster für die Erhaltng der Spezies mitzugeben. Um dahin zu gelangen (oder sich weiterzuentwickeln), bedarf es jedoch genetischer Änderungen. Eine solche Änderung ergibt sich aus der Rekombination von (annähernd) homologer DNA. Die Bedingungen für strukturelle Änderungen in DNA, die für homologe Rekombination erforderlich sind, wurden von Holliday 1964 beschrieben. In den folgenden Jahren wurden die Crossover-Strukturen der DNA durch Elektronenmikroskopie sichtbar gemacht. Die tatsächliche Konformation eines DNA-Crossovers sollte aus vier unabhängig voneinender verbundenen DNA-Helices bestehen oder aus 'gestackten' parallelen oder antiparallelen Helices. Die Modelle mußten eine Verzweigungsverschiebung erlauben, sonst wäre kein genetischer Austausch möglich.

Modelle für Verzweigungswanderung
in parallelen Helices	in antiparallelen Helices

Während der Wanderung der Verzweigungsstelle müssen Wasserstoffbindungen zwischen gepaarten Basen geöffnet werden und an anderer Stelle entsprechende wieder geschlossen werden. Im Durchschnitt wird der Energieaufwand für das Öffnen durch den Energiegewinn beim Schließen gedeckt - aber in real existierender DNA sind nicht alle Basenpaare gleich. Das ruft nach Enzymen zur Überwindung der Aktivierungsenergie. Weitere Enzyme werden für die Auflösung der Crossover-Struktur in zwei getrennte Helices benötigt. Sogibt es z. B. in E. coli ein Enzymsystem (RuvABC), dessen Komponenten die Holliday-Struktur festhalten (RuvA), die DNA-Stränge drehen, um die Verzweigungswanderung zu ermöglichen (RuvB), und schließlich die Verbindung schneiden (RuvC). Eine DNA-Ligase stellt zum Schluß wieder intakte DNA-Stränge her.

Homologe genetische Rekombination ist ein äußerst dynamischer Vorgang, ganz im Gegensatz zur Röntgenstrukturanalyse, mit der nur statische Moleküle untersucht werden können. Daher dauerte es bis zum Ende des vorigen Jahrtausends, bis Molekülmodelle mit atomarar Auflösung vorgestellt wurden. Hier gibt es nun folgendes zu sehen: Ein Vierstrang-Hollidaykomplex aus homologer DNA, ein RuvA-Tetramer im Komplex mit einer statischen Holliday-Struktur, der Motor der Verzweigungswanderung, und ein Enzym zur Auflösung der Holliday-Struktur.

Das Ruv-System von E. coli ist in sich ein dynamischer Komplex. Während der Verzweigungswanderung wird das DNA-Kreuz auf beiden Seiten von je einem RuvA-Tetramer eingeschlossen, während Multimere aus RuvB je zwei DNA-Stränge umschließen und sie entwinden. Dieser Komplex ist für die Resolvase RuvC nicht zugänglich. RuvC kann das DNA-Kreuz erst schneiden, wenn eines der RuvA-Tetramere abdissoziiert und damit die DNA von einer Seite zugänglich wird. In vitro ist das Gleichgewicht zwischen RuvA-Tetramer und -Oktamer vom Salzgehalt abhängig. In dem Kristallisationsexperiment für die Röntgenstrukturanalyse ergab sich ein Tetramer im Komplex mit der DNA.

Literatur:
R Holliday, A mechanism for gene conversion in fungi, Genet. Res. 5 (1964) 282-304
DJM Lilley, Structures of helical junctions in nucleic acids, Quart. Rev. Biophys. 33 (2000) 109-159
PS Ho & BF Eichman, The crystal structures of DNA Holliday junctions, Curr. Opin. Struct. Biol. 11 (2001) 302-308
GJ Sharples, The X philes: structure-specific endonucleases that resolve Holliday junctions, Mol. Microbiol. 39 (2001) 823-834