UV-kiirguse UV-kiirguse UV-vee poolt tekitatud DNA kahjustuste mehhanism

DNA stabiilsus on äärmiselt oluline kõigi rakuprotsesside nõuetekohaseks toimimiseks. UV-kiirgusega kokkupuude muudab DNA struktuuri, mõjutades kõigi elussüsteemide füsioloogilisi protsesse alates bakteritest kuni inimesteni.

Ultraviolettkiirgus

Looduslik päikesevalgus stimuleerib D-vitamiini tootmist, mis on tervete luude moodustamiseks oluline toitaine. Päikesevalgus on aga ka peamine UV-kiirguse allikas. Inimestel, kes saavad liigset UV-kiirgust, on suur oht haigestuda nahavähki. UV-kiirgust on kolme tüüpi: UVA, UVB ja UVC.

• UVC-kiired (100-280 nm) on kolmest kiirest kõige energilisemad ja kahjustavamad. Õnneks neeldub UVC osoonikihti enne maapinnale jõudmist.

• UVA-kiired (315-400 nm) omavad madalaimat energiat ja on võimelised tungima sügavale nahka. Pikaajalist kokkupuudet on seostatud naha vananemise ja kortsude tekkega. UVA on ka melanoomide peamine põhjus.

• UVB-kiirtel (280–315 nm) on suurem energia kui UVA-kiirtel ja need mõjutavad naha väliskihti, põhjustades päikesepõletust ja päevitust. Basaalrakuline kartsinoom ja lamerakk-kartsinoom on põhjustatud UVB-kiirgusest.

DNA koosneb kahest komplementaarsest ahelast, mis on keritud topeltheeliksiks. Pärilik sõnum on keemiliselt kodeeritud ja koosneb neljast nukleotiidist adeniin (A), tümiin (T), guaniin (G) ja tsütosiin (C).

UVB-valgus häirib otseselt DNA nukleotiidide vahelist sidet. Kaks peamist UVB-ga kokkupuutel tekkinud DNA kahjustust on tsüklobutaanpürimidiini dimeerid (CPD) ja 6-4 pürimidiini pürimidooni fotoproduktid (6-4PP) ning selle Dewari isomeerid.

CPD-d moodustuvad siis, kui kaks kõrvuti asetsevat pürimidiini alust (tüümiin –TT või tsütosiin – CC) on kovalentselt seotud, tekitades tsüklilise tsüklistruktuuri. 6-4PP-d tulenevad ühest kovalentsest sidemest, mis on moodustunud külgnevate pürimidiinide C6 5'-otsa ja C4 3'-otsa vahel. See viib ebastabiilse oksetaani või asetidiini vaheühendi moodustumiseni sõltuvalt sellest, kas 3'-otsa alus on tümiin või tsütosiin.

Nende vaheühendite järgnev spontaanne ümberkorraldamine tekitab 6-4PP. Pürimidiini dimeerid põhjustavad DNA karkassi murdumist, peatades transkriptsiooni ja valgusünteesi. 6-4 pürimidiini pürimidooni adukti isomeriseeritakse nende Dewari vormiks kokkupuutel teise UVB- või UVA-kiirguse valguse footoniga. Kõige tavalisem UVB poolt esile kutsutud mutatsioon on C-st T-ks transversioon. Esineb ka kahealuselisi asendusi (CC-st TT-ks), kuigi harvemini.

UVA (ja ka UVB) kiirgus põhjustab DNA-le kaudset kahjustust footonite neeldumise kaudu mitte-DNA kromofooride poolt. See tekitab reaktiivseid hapniku liike, nagu singletthapnik või vesinikperoksiid, mis oksüdeerivad DNA aluseid, põhjustades mutatsioone. Kõige tavalisem mutatsioon on GT transversioon, kus guaniin oksüdeerub 8-okso-7,8-dihüdroguaniiniks (8-oksoG), mis takistab selle sidumist tsütosiiniga. Replikatsiooniprotsessi käigus paaristub 8-oksoG adeniiniga. Teise ahela sünteesimisel asendatakse 8-oksoG tümiiniga, mis viib GT transversioonini.

DNA parandamine

UV-kiirguse tekitatud geneetilised kahjustused parandatakse sageli varsti pärast nende moodustumist protsessi, mida nimetatakse nukleotiidide ekstsisiooni parandamiseks. Nukleaasi ensüüm tunneb ära ja eemaldab kahjustust sisaldava DNA segmendi. Seejärel sisestab polümeraas õiged alused ja ligaas tihendab vahe. Kui aga kogunevad parandamata kahjustused või parandusmehhanism on vigane, võib see põhjustada rakusurma, mutageneesi ja isegi vähki.