Механизм повреждения ДНК УФ-излучением УФ-вода

Стабильность ДНК чрезвычайно важна для правильного функционирования всех клеточных процессов. Воздействие УФ-излучения изменяет структуру ДНК, влияя на физиологические процессы всех живых систем, от бактерий до людей.

Ультрафиолетовая радиация

Естественный солнечный свет стимулирует выработку витамина D, важного питательного вещества для формирования здоровых костей. Однако солнечный свет также является основным источником УФ-излучения. Люди, которые подвергаются чрезмерному воздействию ультрафиолета, подвергаются высокому риску развития рака кожи. Есть три типа УФ-лучей: UVA, UVB и UVC.

• Лучи UVC (100-280 нм) являются наиболее энергичными и разрушительными из трех лучей. К счастью, УФС поглощается озоновым слоем, прежде чем достигнет поверхности земли.

• Лучи UVA (315-400 нм) обладают самой низкой энергией и способны проникать глубоко в кожу. Продолжительное воздействие связано со старением и появлением морщин на коже. УФА также является основной причиной меланом.

• Лучи UVB (280-315 нм) обладают более высокой энергией, чем лучи UVA, и воздействуют на внешний слой кожи, вызывая солнечные ожоги и загар. Базальноклеточный рак и плоскоклеточный рак вызываются УФ-В излучением.

ДНК состоит из двух комплементарных цепей, скрученных в двойную спираль. Наследственное сообщение химически закодировано и состоит из четырех нуклеотидов: аденина (A), тимина (T), гуанина (G) и цитозина (C).

UVB-свет напрямую мешает связыванию нуклеотидов в ДНК. Двумя основными повреждениями ДНК, образованными под воздействием УФ-В, являются димеры циклобутанпиримидина (ЦПД) и фотопродукты 6-4 пиримидинпиримидона (6-4ПП) и его изомеры Дьюара.

CPD образуются, когда два соседних пиримидиновых основания (тимин –TT или цитозин – CC) становятся ковалентно связанными, образуя циклическую кольцевую структуру. 6-4PP образуются в результате одинарной ковалентной связи, образованной между 5'-концом C6 и 3'-концом C4 соседних пиримидинов. Это приводит к образованию нестабильного промежуточного оксетана или азетидина в зависимости от того, является ли 3'-концевое основание тимином или цитозином.

Последующая спонтанная перегруппировка этих промежуточных продуктов дает 6-4РР. Димеры пиримидина вызывают перегиб в основе ДНК, останавливая транскрипцию и синтез белка. 6-4 аддукты пиримидин-пиримидона подвергаются изомеризации в их форму Дьюара под воздействием другого фотона света от УФ-В или УФ-А излучения. Самая распространенная мутация, вызванная УФ-В, - это трансверсия С в Т. Двойные замены оснований (CC на TT) также происходят, хотя и реже.

Излучение UVA (а также UVB) вызывает косвенное повреждение ДНК через поглощение фотонов хромофорами, не относящимися к ДНК. Это генерирует активные формы кислорода, такие как синглетный кислород или перекись водорода, которые окисляют основания ДНК, вызывая мутации. Наиболее распространенной мутацией является трансверсия GT, при которой гуанин окисляется до 8-оксо-7,8-дигидрогуанина (8-oxoG), препятствуя его спариванию с цитозином. В процессе репликации 8-oxoG спаривается с аденином. Когда синтезируется вторая цепь, 8-oxoG заменяется тимином, что приводит к трансверсии GT.

Ремонт ДНК

Генетические повреждения, вызванные УФ-излучением, часто восстанавливаются вскоре после их образования с помощью процесса, называемого эксцизионным восстановлением нуклеотидов. Фермент нуклеаза распознает и удаляет сегмент ДНК, содержащий поражение. Затем полимераза вставляет правильные основания и лигаза закрывает разрыв. Однако, если накапливаются неизлеченные поражения или механизм восстановления неисправен, это может привести к гибели клеток, мутагенезу и даже к раку.