Il meccanismo del danno al DNA da radiazioni UV

L’esposizione alla radiazione ultravioletta solare (UV) innesca il danno al DNA, una fase preliminare nel processo di carcinogenesi.

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La stabilità del DNA è estremamente importante per il corretto funzionamento di tutti i processi cellulari. L’esposizione alle radiazioni UV altera la struttura del DNA, influenzando i processi fisiologici di tutti i sistemi viventi che vanno dai batteri all’uomo.

Radiazione ultravioletta

La luce solare naturale stimola la produzione di vitamina D, un nutriente importante per la formazione di ossa sane. Tuttavia, la luce solare è anche una delle principali fonti di radiazioni UV. Gli individui che ottengono un’eccessiva esposizione ai raggi UV sono a grande rischio di sviluppare tumori della pelle. Esistono tre tipi di raggi UV: UVA, UVB e UVC.

• I raggi UVC (100-280 nm) sono i più energici e dannosi dei tre raggi. Fortunatamente, UVC viene assorbito dallo strato di ozono prima di raggiungere la superficie terrestre.
• I raggi UVA (315-400 nm) possiedono l’energia più bassa ed è in grado di penetrare in profondità nella pelle. L’esposizione prolungata è stata collegata all’invecchiamento e alle rughe della pelle. L’UVA è anche la causa principale dei melanomi.
• I raggi UVB (280-315 nm) possiedono un’energia superiore ai raggi UVA e influenzano lo strato esterno della pelle portando a scottature e abbronzatura. Il carcinoma a cellule basali e il carcinoma a cellule squamose sono causati dalle radiazioni UVB.

Danni al DNA da radiazioni UV

Il DNA è composto da due filamenti complementari che vengono avvolti in una doppia elica. Il messaggio ereditario è chimicamente codificato e costituito dai quattro nucleotidi adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C).

La luce UVB interferisce direttamente con il legame tra i nucleotidi nel DNA. Le due lesioni principali del DNA formate da esposizione a UVB sono dimeri della pirimidina del ciclobutano (CPD) e fotoprodotti del pirimidone della pirimidina 6-4 (6-4PPs) ed i suoi isomeri di Dewar.

Le CPD si formano quando due basi pirimidiniche adiacenti (timina –TT o citosina – CC) diventano collegate in modo covalente producendo una struttura ad anello ciclico. 6-4PPs derivano da un singolo legame covalente formato tra l’estremità 5′ di C6 e l’estremità 3 ‘ di C4 delle pirimidine adiacenti. Ciò conduce alla formazione di un intermedio instabile dell’azetidina o dell’ossetano secondo se la base dell’estremità 3’ è una timina o una citosina.

Il successivo riarrangiamento spontaneo di questi intermedi dà origine a 6-4PP. I dimeri pirimidinici causano un nodo nella spina dorsale del DNA, interrompendo la trascrizione e la sintesi proteica. 6-4 gli addotti del pirimidone della pirimidina subiscono l’isomerizzazione alla loro forma di Dewar sopra l’esposizione ad un altro fotone di luce da radiazione UVB o UVA. La mutazione più comune indotta da UVB è la transversion da C a T. Anche le doppie sostituzioni di base (da CC a TT) si verificano, anche se meno frequentemente.

Le radiazioni UVA (e anche UVB) causano danni indiretti al DNA attraverso l’assorbimento di fotoni da parte di cromofori non DNA. Questo genera specie reattive dell’ossigeno come l’ossigeno singoletto o il perossido di idrogeno che ossidano le basi del DNA causando mutazioni. La mutazione più comune è la transversion G-T in cui la guanina viene ossidata in 8-oxo – 7,8-diidroguanina (8-oxoG) ostacolando il suo accoppiamento con la citosina. Durante il processo di replicazione, 8-oxoG si accoppia con adenina. Quando il secondo filamento viene sintetizzato, 8-oxoG viene sostituito con una timina che porta a una transversion G-T.

Riparazione del DNA

Le lesioni genetiche prodotte dalle radiazioni UV vengono spesso riparate subito dopo la loro formazione, attraverso un processo chiamato riparazione dell’escissione nucleotidica. Un enzima nucleasi riconosce e rimuove un segmento di DNA contenente la lesione. Quindi, la polimerasi inserisce le basi corrette e la ligasi sigilla il divario. Tuttavia, se le lesioni non riparate si accumulano o il meccanismo di riparazione è difettoso, può portare alla morte cellulare, alla mutagenesi e persino al cancro.

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