Stabilnost DNK je izuzetno važna za pravilno funkcionisanje svih ćelijskih procesa. Izloženost UV zračenju mijenja strukturu DNK, utječući na fiziološke procese svih živih sistema, od bakterija do ljudi.
Ultraljubičasto zračenje
Prirodna sunčeva svjetlost stimulira proizvodnju vitamina D, važnog nutrijenta za formiranje zdravih kostiju. Međutim, sunčeva svjetlost je također glavni izvor UV zračenja. Pojedinci koji se preterano izlažu UV zračenju su u velikom riziku od razvoja raka kože. Postoje tri vrste UV zraka: UVA, UVB i UVC.
UVC zraci (100-280 nm) su najenergičniji i najštetniji od tri zraka. Srećom, UVC se apsorbuje ozonskim omotačem prije nego što stigne do površine zemlje.
UVA zraci (315-400 nm) posjeduju najnižu energiju i mogu prodrijeti duboko u kožu. Produženo izlaganje je povezano sa starenjem i boranjem kože. UVA je takođe glavni uzrok melanoma.
UVB zraci (280-315 nm) poseduju veću energiju od UVA zraka i utiču na spoljašnji sloj kože što dovodi do opekotina od sunca i tamnjenja. Karcinom bazalnih ćelija i karcinom skvamoznih ćelija uzrokovani su UVB zračenjem.
DNK se sastoji od dva komplementarna lanca koji su umotani u dvostruku spiralu. Nasljedna poruka je kemijski kodirana i sastoji se od četiri nukleotida adenina (A), timina (T), guanina (G) i citozina (C).
UVB svjetlost direktno ometa vezu između nukleotida u DNK. Dvije glavne lezije DNK nastale izlaganjem UVB-u su dimeri ciklobutan pirimidina (CPD) i fotoprodukti 6-4 pirimidin pirimidona (6-4PP) i njegovi Dewar izomeri.
CPD se formiraju kada dvije susjedne pirimidinske baze (timin –TT ili citozin – CC) postanu kovalentno povezane stvarajući cikličnu prstenastu strukturu. 6-4PP nastaju iz jedne kovalentne veze formirane između 5' kraja C6 i 3' kraja C4 susjednih pirimidina. Ovo dovodi do formiranja nestabilnog oksetana ili azetidinskog intermedijera u zavisnosti od toga da li je 3' krajnja baza timin ili citozin.
Naknadno spontano preuređenje ovih intermedijera dovodi do 6-4PP. Dimeri pirimidina uzrokuju pregib u DNK kičmi, zaustavljajući transkripciju i sintezu proteina. 6-4 adukti pirimidin pirimidona prolaze kroz izomerizaciju u svoj Djuarov oblik nakon izlaganja drugom fotonu svetlosti od UVB ili UVA zračenja. Najčešća mutacija izazvana UVB je transverzija C u T. Zamjene dvostruke baze (CC na TT) se također javljaju, iako rjeđe.
UVA (kao i UVB) zračenje uzrokuje indirektno oštećenje DNK putem apsorpcije fotona ne-DNK hromoforima. Ovo stvara reaktivne vrste kisika poput singletnog kisika ili vodikovog peroksida koje oksidiraju baze DNK uzrokujući mutacije. Najčešća mutacija je GT transverzija u kojoj se gvanin oksidira u 8-okso-7,8-dihidroguanin (8-oxoG) što ometa njegovo uparivanje sa citozinom. Tokom procesa replikacije, 8-oxoG se uparuje sa adeninom. Kada se sintetizira drugi lanac, 8-oxoG se zamjenjuje timinom što dovodi do GT transverzije.
DNK Repair
Genetske lezije proizvedene UV zračenjem često se popravljaju ubrzo nakon što se formiraju, kroz proces koji se naziva popravak ekscizijom nukleotida. Enzim nukleaza prepoznaje i uklanja segment DNK koji sadrži leziju. Zatim, polimeraza ubacuje ispravne baze i ligaza zatvara prazninu. Međutim, ako se akumuliraju nepopravljene lezije ili je mehanizam popravke neispravan, to može dovesti do smrti stanica, mutageneze, pa čak i raka.
Izvori:
Sinha RP, Häder DP “Oštećenje i popravak DNK izazvanog UV zračenjem: pregled.” Photochem Photobiol Sci. 2002 Apr; 1(4):225-36. Pregled
Rastogi RP, Richa, Kumar A, Tyagi MB i Sinha RP “Molekularni mehanizmi oštećenja i popravka DNK izazvanog ultraljubičastim zračenjem.” J Nukleinske kiseline. 2010. 16. decembar 2010.: 592980. doi: 10.4061/2010/592980
Ravanat JL, Douki T i Cadet J “Direktni i indirektni efekti UV zračenja na DNK i njene komponente.” J Photochem Photobiol B. 2001. oktobar;63(1-3):88-102. Pregled
