Genetische Reparatur

Die dunkle Seite der Sonne

Unser Erbgut wird durch viele Umwelteinflüsse geschädigt, unter anderem von ultraviolettem Licht. Ein effizientes Reparatursystem beseitigt diese Schäden aber wieder, so dass der Organismus keinen Schaden nimmt.

Stundenlang liegen sie leicht bekleidet in der prallen Sonne und wenden sich im Halbstundentakt. Ziel der Sonnenanbeter ist eine gleichmäßig braungebrannte Haut – noch immer ein weitverbreitetes Schönheitsideal. Dabei gibt es Sonnenbräune mittlerweile direkt aus der Tube. Neben der großen Zeitersparnis auch ein erheblicher Vorteil für das Erbgut. Denn dieses hat nach einem ausgedehnten Sonnenbad alle Hände voll zu tun.

DNA ist instabil

Das Erbgut, die DNA, ist ein fadenförmiges Molekül, das nicht besonders stabil ist. Täglich greifen Viren, Teerstoffe und andere Chemikalien sowie Ultraviolettes-(UV)-Licht die DNA an. Die Folgen sind kleinere, manchmal auch größere Schäden im Erbgut, die als Mutationen bezeichnet werden. Häufen sich solche DNA-Schäden an, kann Krebs entstehen. Um die genetische Information zu schützen, hat sich im Laufe der Evolution ein effizientes Reparatursystem entwickelt: Fehlerhafte Stellen in der DNA werden ausgebessert.

Mondscheinkinder

Menschen mit der seltenen Krankheit Xeroderma pigmentosum (XP) erfahren leidvoll, was es heißt, kein vollständiges DNA-Reparatursystem zu haben. Von Geburt an fehlt ihnen ein Protein, das bei Gesunden ständig mit der Korrektur von Schäden durch UV-Licht beschäftigt ist. Schon der kleinste Sonnenstrahl führt zu schweren Verbrennungen der Haut. Die sogenannten Mondscheinkinder leben mit einem tausendmal höheren Hautkrebsrisiko als Menschen mit einem gesunden „Reparatursystem“ in der Haut. Bislang gibt es keine Therapie, sondern nur eine notdürftige Verhaltensregel: jeden Sonnenstrahl vermeiden.

Komplexer Mechanismus

Die Reparatur geschädigter DNA ist somit lebensnotwendig und kommt bei allen Lebewesen vor, vom Bakterium bis zum Menschen. Seit Jahren bemühen sich Wissenschaftler weltweit, den komplexen Mechanismus vollständig zu verstehen. In den letzten 30 Jahren wurden zahlreiche Proteine entdeckt, die eine Rolle beim Reparieren spielen.

Geforscht wird an sogenannten Modellorganismen, beispielsweise der Bäckerhefe. Die aus nur einer einzelnen Zelle bestehenden Hefen reparieren ihr Erbgut auf die gleiche Weise wie der Mensch. Mit ihrer Hilfe entdeckten Forscher des Max-Planck-Instituts in München eine Art Schalter in der Zelle: ein Protein mit dem Kürzel PCNA. Das ringförmige Protein umschließt den DNAFaden und fährt daran entlang. Stößt es auf einen Schaden, hält es an und ermöglicht die Reparatur. PCNA hilft aber auch bei der Verdopplung der DNA, einem äußerst wichtigen Vorgang, da damit die genetische Information weitergegeben wird. Das Protein schaltet zwischen diesen Funktionen hin und her, je nachdem, wozu es gerade gebraucht wird. Wird PCNA künstlich daran gehindert auf Reparatur „umzuschalten“, so zeigt sich die Bäckerhefe äußerst empfindlich gegenüber einer UV-Strahlung – die entstandenen Schäden werden dann nicht mehr repariert.

DNA-Schäden werden aber auch unter natürlichen Bedingungen nicht immer korrigiert. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Erbgut sehr stark geschädigt wurde. „Weist eine Zelle zu viele Schäden in der DNA auf, so wird sie sich zum Wohle des Gesamtorganismus selbst eliminieren“, erklärt Prof. Thomas Schwarz, Direktor der Universitäts-Hautklinik in Kiel. Der Selbstmord einer Zelle wird als Apoptose bezeichnet. Die Apoptose ist in diesem Zusammenhang ein ungeheuer wichtiger Schutzmechanismus, da eine stark geschädigte Zelle entarten kann. Ihre Regulationsmechanismen können ausgeschaltet sein, wodurch die Zelle sich unaufhörlich teilt. Krebs entsteht. Der Zelltod wird von einem bestimmten Gen, dem sogenannten p53-Gen, gesteuert. Ist p53 geschädigt, was bei vielen Krebsarten der Fall ist, so können sich DNA-Schäden anhäufen – und zu Krebs führen.

In der Regel ist die DNA-Reparatur aber sehr effizient. Nach 24 Stunden ist der überwiegende Teil der durch UV-Licht hervorgerufenen Schäden repariert. „Das Problem ist, dass die Evolution mit unserem Freizeitverhalten nicht mithält. Wer sich in der Mittagshitze in der Sonne aufhält, bekommt soviel UV- Strahlung ab, dass das DNA-Reparatursystem schlicht überfordert ist“, so Schwarz.

In Maßen genossen ist Sonnenschein aber überaus wohltuend und das zelleigene Reparatursystem verlässlich. Für diejenigen, die dem extremen Bräunungskult trotz Hautkrebsrisiko und vorzeitiger Faltenbildung nicht entsagen wollen, gibt es ein wenig Hoffnung: In nicht allzu ferner Zukunft könnte es eine Sonnencreme geben, die neben ihrer gewöhnlichen Schutzfunktion auch helfen könnte, die zerstörte DNA der Hautzellen wiederherzustellen.

Dipl.-Biol. Juliette Irmer
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