Stabilnost DNK iznimno je važna za pravilno funkcioniranje svih staničnih procesa. Izloženost UV zračenju mijenja strukturu DNK, utječući na fiziološke procese svih živih sustava, od bakterija do ljudi.
Ultraljubičasto zračenje
Prirodna sunčeva svjetlost potiče proizvodnju vitamina D, važnog nutrijenta za formiranje zdravih kostiju. Međutim, sunčeva svjetlost je također glavni izvor UV zračenja. Pojedinci koji se prekomjerno izlažu UV zračenju izloženi su velikom riziku od razvoja raka kože. Postoje tri vrste UV zraka: UVA, UVB i UVC.
UVC zrake (100-280 nm) su najenergičnije i najštetnije od tri zraka. Srećom, UVC se apsorbira u ozonskom omotaču prije nego što stigne do površine zemlje.
UVA zrake (315-400 nm) posjeduju najnižu energiju i mogu prodrijeti duboko u kožu. Dugotrajno izlaganje povezano je sa starenjem i boranjem kože. UVA je također glavni uzrok melanoma.
UVB zrake (280-315 nm) posjeduju veću energiju od UVA zraka i utječu na vanjski sloj kože što dovodi do opeklina i preplanulosti. Karcinom bazalnih stanica i karcinom skvamoznih stanica 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 izravno ometa vezu između nukleotida u DNK. Dvije glavne lezije DNA nastale izlaganjem UVB su ciklobutan pirimidin dimeri (CPD) i 6-4 pirimidin pirimidonski fotoprodukti (6-4PPs), te njegovi Dewarovi izomeri.
CPD nastaju kada dvije susjedne pirimidinske baze (timin –TT ili citozin – CC) postanu kovalentno povezane stvarajući cikličku prstenastu strukturu. 6-4PP nastaju iz jedne kovalentne veze formirane između 5' kraja C6 i 3' kraja C4 susjednih pirimidina. To dovodi do stvaranja nestabilnog oksetanskog ili azetidinskog intermedijera ovisno o tome je li 3' krajnja baza timin ili citozin.
Naknadno spontano preuređenje ovih međuprodukta dovodi do 6-4PP. Dimeri pirimidina uzrokuju pregib u DNK kralježnici, zaustavljajući transkripciju i sintezu proteina. 6-4 adukta pirimidin pirimidona podliježu izomerizaciji u svoj Dewarov oblik nakon izlaganja drugom fotonu svjetlosti iz UVB ili UVA zračenja. Najčešća mutacija izazvana UVB je transverzija C u T. Također se javljaju supstitucije dvostruke baze (CC na TT), iako rjeđe.
UVA (kao i UVB) zračenje uzrokuje neizravno oštećenje DNA putem apsorpcije fotona ne-DNA kromoforima. To stvara reaktivne vrste kisika poput singletnog kisika ili vodikovog peroksida koje oksidiraju baze DNA uzrokujući mutacije. Najčešća mutacija je GT transverzija u kojoj se gvanin oksidira u 8-okso-7,8-dihidroguanin (8-oxoG) što ometa njegovo uparivanje s citozinom. Tijekom procesa replikacije, 8-oxoG se uparuje s adeninom. Kada se sintetizira drugi lanac, 8-oxoG se zamjenjuje timinom što dovodi do GT transverzije.
Popravak DNK
Genetske lezije proizvedene UV zračenjem često se popravljaju ubrzo nakon što su formirane, 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 nakupe nepopravljene lezije ili je mehanizam popravka neispravan, to može dovesti do stanične smrti, mutageneze, pa čak i raka.
Izvori:
Sinha RP, Häder DP “Oštećenje i popravak DNK izazvanog UV zračenjem: pregled.” Photochem Photobiol Sci. travanj 2002.; 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. prosinca 2010.: 592980. doi: 10.4061/2010/592980
Ravanat JL, Douki T i Cadet J “Izravni i neizravni učinci UV zračenja na DNK i njezine komponente.” J Photochem Photobiol B. 2001. listopad;63(1-3):88-102. Pregled
