DNA:n stabiilius on erittäin tärkeää kaikkien soluprosessien asianmukaiselle toiminnalle. UV-säteilylle altistuminen muuttaa DNA:n rakennetta ja vaikuttaa kaikkien elävien järjestelmien fysiologisiin prosesseihin bakteereista ihmisiin.
Ultraviolettisäteily
Luonnollinen auringonvalo stimuloi D-vitamiinin tuotantoa, joka on tärkeä ravintoaine terveiden luiden muodostumiselle. Auringonvalo on kuitenkin myös tärkeä UV-säteilyn lähde. Ihmisillä, jotka saavat liiallista UV-altistusta, on suuri riski saada ihosyöpä. UV-säteitä on kolmenlaisia: UVA, UVB ja UVC.
UVC-säteet (100-280 nm) ovat energisimpiä ja vahingollisimpia kolmesta säteestä. Onneksi UVC imeytyy otsonikerrokseen ennen kuin se saavuttaa maanpinnan.
UVA-säteillä (315-400 nm) on alhaisin energia ja ne voivat tunkeutua syvälle ihoon. Pitkäaikainen altistuminen on yhdistetty ihon ikääntymiseen ja ryppyihin. UVA on myös melanooman tärkein syy.
UVB-säteet (280-315 nm) sisältävät enemmän energiaa kuin UVA-säteet, ja ne vaikuttavat ihon ulkokerrokseen aiheuttaen auringonpolttamia ja rusketusta. Tyvisolusyöpä ja okasolusyöpä ovat UVB-säteilyn aiheuttamia.
DNA koostuu kahdesta komplementaarisesta juosteesta, jotka on kierretty kaksoiskierteeksi. Perinnöllinen viesti on kemiallisesti koodattu ja koostuu neljästä nukleotidista adeniini (A), tymiini (T), guaniini (G) ja sytosiini (C).
UVB-valo häiritsee suoraan DNA:n nukleotidien välistä sitoutumista. Kaksi pääasiallista UVB:lle altistumisesta muodostuvaa DNA-vauriota ovat syklobutaanipyrimidiinidimeerit (CPD) ja 6-4-pyrimidiinipyrimidonin valotuotteet (6-4PP) ja sen Dewar-isomeerit.
CPD:t muodostuvat, kun kaksi vierekkäistä pyrimidiiniemästä (tymiini –TT tai sytosiini – CC) sitoutuvat kovalenttisesti muodostaen syklisen rengasrakenteen. 6-4PP:t johtuvat yhdestä kovalenttisesta sidoksesta, joka muodostuu vierekkäisten pyrimidiinien C6:n 5'-pään ja C4:n 3'-pään väliin. Tämä johtaa epästabiilin oksetaani- tai atsetidiinivälituotteen muodostumiseen riippuen siitä, onko 3'-pään emäs tymiini vai sytosiini.
Näiden välituotteiden myöhempi spontaani uudelleenjärjestely synnyttää 6-4PP:tä. Pyrimidiinidimeerit aiheuttavat mutkaisuuden DNA-rungossa, pysäyttäen transkription ja proteiinisynteesin. 6-4 pyrimidiinipyrimidoni-adduktia isomeroituu Dewar-muotoonsa, kun ne altistetaan toiselle UVB- tai UVA-säteilyn valon fotonille. Yleisin UVB:n aiheuttama mutaatio on transversio C:stä T:ksi. Myös kaksoisemässubstituutioita (CC:stä TT:hen) esiintyy, vaikkakin harvemmin.
UVA (ja myös UVB) säteily vahingoittaa DNA:ta epäsuorasti absorboimalla fotoneja ei-DNA-kromoforeihin. Tämä tuottaa reaktiivisia happilajeja, kuten singlettihappea tai vetyperoksidia, jotka hapettavat DNA-emäkset aiheuttaen mutaatioita. Yleisin mutaatio on GT-transversio, jossa guaniini hapettuu 8-okso-7,8-dihydroguaniiniksi (8-oksoG), mikä estää sen parin muodostumisen sytosiinin kanssa. Replikaatioprosessin aikana 8-oksoG pariutuu adeniinin kanssa. Kun toinen juoste syntetisoidaan, 8-oksoG korvataan tymiinillä, mikä johtaa GT-transversioon.
DNA:n korjaus
UV-säteilyn tuottamat geneettiset vauriot korjataan usein pian niiden muodostumisen jälkeen prosessilla, jota kutsutaan nukleotidileikkauskorjaukseksi. Nukleaasientsyymi tunnistaa ja poistaa vaurion sisältävän DNA-segmentin. Sitten polymeraasi lisää oikeat emäkset ja ligaasi tiivistää raon. Kuitenkin, jos korjaamattomia vaurioita kertyy tai korjausmekanismi on viallinen, se voi johtaa solukuolemaan, mutageneesiin ja jopa syöpään.
Lähteet:
Sinha RP, Häder DP "UV-indusoitu DNA-vaurio ja korjaus: arvostelu." Photochem Photobiol Sei. 2002 huhtikuu; 1(4):225-36. Arvostelu
Rastogi RP, Richa, Kumar A, Tyagi MB ja Sinha RP "Molecular mekanismit ultraviolettisäteilyn aiheuttaman DNA-vaurion ja korjaamisen." J Nukleiinihapot. 2010 16. joulukuuta; 2010: 592980. doi: 10.4061/2010/592980
Ravanat JL, Douki T ja Cadet J "UV-säteilyn suorat ja epäsuorat vaikutukset DNA:han ja sen komponentteihin." J Photochem Photobiol B. 2001 lokakuu;63(1-3):88-102. Arvostelu
