Mechanizm uszkodzenia DNA przez promieniowanie UV Woda Uvc

Stabilność DNA jest niezwykle ważna dla prawidłowego funkcjonowania wszystkich procesów komórkowych. Narażenie na promieniowanie UV zmienia strukturę DNA, wpływając na procesy fizjologiczne wszystkich żywych systemów, od bakterii po ludzi.

Promieniowanie ultrafioletowe

Naturalne światło słoneczne stymuluje produkcję witaminy D, ważnego składnika odżywczego dla tworzenia zdrowych kości. Jednak światło słoneczne jest również głównym źródłem promieniowania UV. Osoby, które są narażone na nadmierną ekspozycję na promieniowanie UV, są narażone na duże ryzyko zachorowania na raka skóry. Istnieją trzy rodzaje promieni UV: UVA, UVB i UVC.

• Promienie UVC (100-280 nm) są najbardziej energetyczne i szkodliwe z trzech promieni. Na szczęście promieniowanie UVC jest pochłaniane przez warstwę ozonową, zanim dotrze do powierzchni ziemi.

• Promienie UVA (315-400 nm) mają najniższą energię i są w stanie wnikać w głąb skóry. Długotrwała ekspozycja wiąże się ze starzeniem się i zmarszczkami skóry. UVA jest również główną przyczyną czerniaków.

• Promienie UVB (280-315 nm) mają wyższą energię niż promienie UVA i wpływają na zewnętrzną warstwę skóry prowadząc do oparzeń słonecznych i opalenizny. Rak podstawnokomórkowy i rak płaskonabłonkowy są spowodowane promieniowaniem UVB.

DNA składa się z dwóch komplementarnych nici, które są zwinięte w podwójną helisę. Wiadomość dziedziczna jest kodowana chemicznie i składa się z czterech nukleotydów adeniny (A), tyminy (T), guaniny (G) i cytozyny (C).

Światło UVB bezpośrednio zakłóca wiązanie między nukleotydami w DNA. Dwa główne uszkodzenia DNA powstałe w wyniku ekspozycji na UVB to dimery pirymidyny cyklobutanu (CPD) i fotoprodukty 6-4 pirymidyny pirymidonu (6-4PPs) oraz jego izomery Dewara.

CPD powstają, gdy dwie sąsiednie zasady pirymidynowe (tymina –TT lub cytozyna – CC) zostają połączone kowalencyjnie, tworząc cykliczną strukturę pierścieniową. 6-4PPs wynikają z pojedynczego wiązania kowalencyjnego utworzonego między końcem 5' C6 i końcem 3' C4 sąsiednich pirymidyn. Prowadzi to do powstania niestabilnego pośredniego oksetanu lub azetydyny w zależności od tego, czy zasadą na końcu 3' jest tymina czy cytozyna.

Późniejsza spontaniczna rearanżacja tych związków pośrednich daje 6-4PP. Dimery pirymidynowe powodują załamanie w szkielecie DNA, zatrzymując transkrypcję i syntezę białek. 6-4 addukty pirymidyno-pirymidonowe ulegają izomeryzacji do postaci Dewara po wystawieniu na inny foton światła z promieniowania UVB lub UVA. Najczęstszą mutacją indukowaną przez UVB jest transwersja C do T. Występują również substytucje dwuzasadowe (CC na TT), choć rzadziej.

Promieniowanie UVA (a także UVB) powoduje pośrednie uszkodzenie DNA poprzez absorpcję fotonów przez chromofory inne niż DNA. To generuje reaktywne formy tlenu, takie jak tlen singletowy lub nadtlenek wodoru, które utleniają zasady DNA powodujące mutacje. Najczęstszą mutacją jest transwersja GT, w której guanina utlenia się do 8-okso-7,8-dihydroguaniny (8-oksoG) utrudniając jej parowanie z cytozyną. Podczas procesu replikacji 8-oxoG paruje się z adeniną. Gdy syntetyzuje się drugą nić, 8-oksoG zastępuje się tyminą, prowadząc do transwersji GT.

Naprawa DNA

Zmiany genetyczne wytworzone przez promieniowanie UV są często naprawiane wkrótce po ich utworzeniu w procesie zwanym naprawą przez wycinanie nukleotydów. Enzym nukleaza rozpoznaje i usuwa segment DNA zawierający zmianę. Następnie polimeraza wstawia odpowiednie zasady, a ligaza uszczelnia szczelinę. Jednakże, jeśli nienaprawione zmiany gromadzą się lub mechanizm naprawy jest wadliwy, może to prowadzić do śmierci komórek, mutagenezy, a nawet raka.