Mechanizm uszkodzenia DNA przez promieniowanie UV

ekspozycja na promieniowanie ultrafioletowe słoneczne (UV) wyzwala uszkodzenie DNA, wstępny etap procesu karcynogenezy.

kredyt: janez volmajer/.com

stabilność DNA jest niezwykle ważna dla prawidłowego funkcjonowania wszystkich procesów komórkowych. Ekspozycja 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 uzyskują nadmierną ekspozycję na promieniowanie UV, są narażone na duże ryzyko rozwoju nowotworów skóry. Istnieją trzy rodzaje promieni UV: UVA, UVB i UVC.

• promienie UVC (100-280 nm) są najbardziej energicznymi i szkodliwymi z trzech promieni. Na szczęście UVC jest wchłaniany przez warstwę ozonową, zanim dotrze do powierzchni Ziemi.
• promienie UVA (315-400 nm) mają najniższą energię i są w stanie wniknąć głęboko w skórę. Długotrwałe narażenie jest związane ze starzeniem się i marszczeniem skóry. UVA jest również główną przyczyną czerniaków.
• promienie UVB (280-315 nm) mają większą energię niż promienie UVA i wpływają na zewnętrzną warstwę skóry, prowadząc do oparzeń słonecznych i opaleń. Rak podstawnokomórkowy i rak płaskonabłonkowy są spowodowane przez promieniowanie UVB.

uszkodzenie DNA przez promieniowanie UV

DNA składa się z dwóch uzupełniających się nici, które są nawinięte w podwójną helisę. Dziedziczna wiadomość jest kodowana chemicznie i składa się z czterech nukleotydów adeniny (a), tyminy (T), guaniny (G) i cytozyny (C).

światło UVB zakłóca bezpośrednio wiązanie między nukleotydami w DNA. Dwa główne zmiany DNA powstałe w wyniku ekspozycji na UVB to cyklobutanowe dimery pirymidynowe (CPD) i 6-4 fotoprodukty pirymidynowe (6-4PPs) oraz jego izomery Dewara.

CPD powstają, gdy dwie sąsiednie Zasady pirymidynowe (tymina –TT lub cytozyna – CC) zostają kowalencyjnie połączone, tworząc cykliczną strukturę pierścieniową. 6-4PPs wynika z pojedynczego wiązania kowalencyjnego utworzonego między 5 'końcem C6 a 3′ końcem C4 sąsiednich pirymidyn. Prowadzi to do powstania niestabilnego związku pośredniego oksetanu lub azetydyny w zależności od tego, czy 3′ końcowa zasada jest tyminą, czy cytozyną.

kolejne spontaniczne przegrupowanie tych półproduktów powoduje powstanie 6-4PP. Dimery pirymidyny powodują załamanie w kręgosłupie DNA, zatrzymując transkrypcję i syntezę białek. 6-4 addukty pirymidyny pirymidonu ulegają izomeryzacji do postaci Dewara po ekspozycji na inny Foton światła z promieniowania UVB lub UVA. Najczęstszą mutacją wywołaną przez UVB jest transwersja od C do T. Istnieją również podstawienia o podwójnej podstawie (CC do TT), choć rzadziej.

promieniowanie UVA (a także UVB) powoduje pośrednie uszkodzenie DNA poprzez absorpcję fotonów przez chromofory inne niż DNA. Generuje to reaktywne formy tlenu, takie jak tlen singletowy lub nadtlenek wodoru, które utleniają Zasady DNA, powodując mutacje. Najczęstszą mutacją jest transwersja G-T, w której guanina utlenia się do 8 – okso-7,8-dihydroguaniny (8-oksog), utrudniając jej parowanie z cytozyną. W procesie replikacji 8-oksogon łączy się z adeniną. Po zsyntetyzowaniu drugiej nici, 8-oksog zastępuje się tyminą, prowadząc do transwersji G-T.

Naprawa DNA

zmiany genetyczne wytwarzane przez promieniowanie UV są często naprawiane wkrótce po ich utworzeniu, w procesie zwanym naprawą wycięcia nukleotydu. Enzym nukleazy rozpoznaje i usuwa segment DNA zawierający zmianę. Następnie polimeraza wprowadza odpowiednie zasady i ligaza uszczelnia szczelinę. Jednakże, jeśli nienaprawione zmiany kumulują się lub mechanizm naprawczy jest wadliwy, może to prowadzić do śmierci komórki, mutagenezy, a nawet raka.

Czytaj dalej

• Cała zawartość DNA
• co to jest DNA?
• właściwości DNA
• Modyfikacje chemiczne DNA
• funkcje biologiczne DNA

Cytaty