Az UV-sugárzás által okozott DNS-károsodás mechanizmusa UV-víz

A DNS stabilitása rendkívül fontos minden sejtfolyamat megfelelő működéséhez. Az UV-sugárzásnak való kitettség megváltoztatja a DNS szerkezetét, és hatással van minden élő rendszer élettani folyamataira, a baktériumoktól az emberekig.

Ultraibolya sugárzás

A természetes napfény serkenti a D-vitamin termelődését, amely fontos tápanyag az egészséges csontok kialakulásához. A napfény azonban az UV-sugárzás egyik fő forrása is. A túlzott UV-sugárzásnak kitett személyeknél nagy a bőrrák kialakulásának kockázata. Az UV-sugárzásnak három típusa van: UVA, UVB és UVC.

• Az UVC-sugarak (100-280 nm) a három sugár közül a legenergikusabbak és a legkárosabbak. Szerencsére az UVC-t az ózonréteg elnyeli, mielőtt elérné a földfelszínt.

• Az UVA-sugarak (315-400 nm) rendelkeznek a legalacsonyabb energiával, és képesek mélyen behatolni a bőrbe. A hosszan tartó expozíció összefüggésbe hozható a bőr öregedésével és ráncosodásával. Az UVA a melanómák fő oka is.

• Az UVB-sugarak (280-315 nm) nagyobb energiával rendelkeznek, mint az UVA-sugarak, és hatással vannak a bőr külső rétegére, ami leégést és barnulást okoz. A bazálsejtes karcinómát és a laphámrákot az UVB sugárzás okozza.

A DNS két komplementer szálból áll, amelyek kettős hélixbe vannak tekercselve. Az örökletes üzenet kémiailag kódolt, és négy nukleotidból áll: adenin (A), timin (T), guanin (G) és citozin (C).

Az UVB fény közvetlenül zavarja a DNS-ben lévő nukleotidok közötti kötést. Az UVB-sugárzás hatására kialakuló két fő DNS-lézió a ciklobután-pirimidin-dimerek (CPD) és a 6-4-pirimidin-pirimidon-fototermékek (6-4PP-k), valamint ezek Dewar-izomerjei.

A CPD-k akkor jönnek létre, amikor két szomszédos pirimidinbázis (timin –TT vagy citozin – CC) kovalensen összekapcsolódik, és ciklikus gyűrűs szerkezetet hoz létre. A 6-4PP egyetlen kovalens kötés eredménye, amely a szomszédos pirimidinek C6 5' vége és C4 C4 3' vége között képződik. Ez instabil oxetán vagy azetidin intermedier képződéséhez vezet attól függően, hogy a 3'-végi bázis timin vagy citozin.

Ezen intermedierek ezt követő spontán átrendeződése 6-4PP-t eredményez. A pirimidin dimerek törést okoznak a DNS gerincében, leállítva a transzkripciót és a fehérjeszintézist. 6-4 pirimidin pirimidon addukt izomerizálódik Dewar formájukra, amikor UVB vagy UVA sugárzásból származó másik fényfotonnak vannak kitéve. Az UVB által kiváltott leggyakoribb mutáció a C-T transzverzió. Kétbázisú helyettesítések (CC-TT) is előfordulnak, bár ritkábban.

Az UVA (és az UVB) sugárzás közvetett károsodást okoz a DNS-ben azáltal, hogy a fotonokat nem DNS-kromoforok abszorbeálják. Ez reaktív oxigénfajtákat, például szingulett oxigént vagy hidrogén-peroxidot hoz létre, amelyek oxidálják a DNS-bázisokat, mutációkat okozva. A leggyakoribb mutáció a GT transzverzió, amelyben a guanin 8-oxo-7,8-dihidroguaninná (8-oxoG) oxidálódik, ami gátolja a citozinnal való párosodását. A replikációs folyamat során a 8-oxoG adeninnel párosul. Amikor a második szálat szintetizálják, a 8-oxoG-t timinnel helyettesítik, ami GT transzverzióhoz vezet.

DNS javítás

Az UV-sugárzás által előidézett genetikai elváltozásokat gyakran hamarosan kijavítják a kialakulásuk után, a nukleotid-kivágásos javításnak nevezett eljárással. A nukleáz enzim felismeri és eltávolítja a léziót tartalmazó DNS-szegmenst. Ezután a polimeráz behelyezi a megfelelő bázisokat, és a ligáz lezárja a rést. Ha azonban javítatlan elváltozások halmozódnak fel, vagy a javítási mechanizmus hibás, az sejthalálhoz, mutagenezishez és akár rákhoz is vezethet.