Hoogsteen-Basenpaarung

In der Hoogsteen-Basenpaarung werden Wasserstoffbrückenbindungen ebenfalls zwischen Guanin und Cytosin (G:C) oder Adenin und Thymin (A:T) ausgebildet, jedoch sind andere Position der Nukleobasen beteiligt. Bei einer Bindung zwischen A:T wird beispielsweise der Stickstoff an der N7- statt der N1-Position für die Wasserstoffbrücke zum N3 des Thymins verwendet. Diese Bindung führt aber zu einer Verkürzung der Distanz zwischen Basen und zu einer Destabilisierung der DNA-Konformation an dieser Stelle.

Hoogsteen-Basenpaarungen führen zu ungewöhnlichen DNA-Duplexen. Sie wurden häufig bei DNA-Protein-Komplexen beschrieben. Dies deutet darauf hin, dass die Hoogsteen-Basenpaarung diesen Komplexen besondere Eigenschaften verleiht, um beispielsweise eine bessere Bindung zu ermöglichen.

Die Transläsionspolymerase Iota besitzt außerdem die Fähigkeit, Nukleotide mittels Hoogsteen-Basenpaarung miteinander zu verbinden. Dies gesteht wahrscheinlich an modifizierten Nukleobasen. Für die normalen replikativen DNA-Polymerasen würde dies ein Hindernis für die DNA-Synthese darstellen. Durch das Ringklemmenprotein PCNA können diese jedoch durch die toleranteren Transläsionspolymerasen ausgetauscht werden. Deren katalytisches Zentrum ist größer, wodurch sie auch an DNA-Addukte binden können.

Bereits 1959 wurde durch Karst Hoogsteen beschrieben, dass Nukleobasen auch auf andere Weise aneinanderbinden können. Es war aber zu der Zeit kaum erforscht, ob dies auch wirklich in der Zelle beobachtbar ist. Seitdem konnte gezeigt werden, dass Hoogsteen-Basenpaarungen regelmäßig in der DNA auftreten und in einem energetischen Gleichgewicht mit der regulären Watson-Crick-Basenpaarung stehen.

• Nikolova EN, Zhou H, Gottardo FL, Alvey HS, Kimsey IJ, Al-Hashimi HM. A historical account of Hoogsteen base-pairs in duplex DNA. Biopolymers. 2013;99(12):955-68.
• Zhou H, Hintze BJ, Kimsey IJ, et al. New insights into Hoogsteen base pairs in DNA duplexes from a structure-based survey. Nucleic Acids Res. 2015;43(7):3420-33.