Synthesis of natural modified nucleosides and their mass spectrometric quantification in cells and tissue

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Natürliche Modifikationen von Nukleosiden spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation genetischer Informationen und der Genauigkeit der Proteinbiosynthese.
Die Dissertation von Daniel Globisch untersucht die chemische Synthese modifizierter Nukleoside und deren quantitative Bestimmung in biologischen Proben.
Im Mittelpunkt steht die Entwicklung einer massenspektrometrischen Methode zur parallelen Analyse zahlreicher tRNA-Modifikationen.
Hierfür werden insgesamt 13 modifizierte Nukleoside synthetisiert, darunter sechs stabil isotopenmarkierte Referenzverbindungen.
Die Quantifizierung erfolgt mittels HPLC-ESI-MS unter Verwendung isotopenmarkierter interner Standards.
Mit diesem Verfahren werden tRNA-Modifikationsprofile verschiedener Bakterienarten, Säugetiergewebe und menschlicher Zelllinien untersucht.
Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede zwischen gesunden Geweben und Krebszelllinien, insbesondere bei den Modifikationen t6A und ms2i6A.
Der Gehalt der mitochondrienspezifischen Modifikation ms2i6A korreliert mit der mitochondrialen Aktivität und eignet sich als möglicher Marker zur Unterscheidung von gesundem Gewebe und Tumorgewebe.
Weitere Untersuchungen belegen Zusammenhänge zwischen dem Modifikationsgrad der tRNA und der Aktivität der Proteinbiosynthese.
Phylogenetische Analysen zeigen charakteristische Modifikationsmuster verschiedener Organismengruppen sowie Veränderungen unter Stressbedingungen.
Ein zweiter Forschungsschwerpunkt liegt auf der Quantifizierung der DNA-Modifikation 5-Hydroxymethylcytosin und ihrer gewebespezifischen Verteilung.
Besonders hohe Konzentrationen werden im Zentralnervensystem nachgewiesen, wobei auch Unterschiede zwischen Gehirnregionen und eine Altersabhängigkeit festgestellt werden.
Die Arbeit liefert damit neue analytische Grundlagen für die Untersuchung von Nukleinsäuremodifikationen und deren Bedeutung für Genregulation, Stoffwechsel und Erkrankungen.