Mekanismen for DNA-skade ved UV-stråling Uvc-vann

Stabiliteten til DNA er ekstremt viktig for riktig funksjon av alle cellulære prosesser. Eksponering for UV-stråling endrer strukturen til DNA, og påvirker de fysiologiske prosessene i alle levende systemer, fra bakterier til mennesker.

Ultrafiolett stråling

Naturlig sollys stimulerer produksjonen av vitamin D, et viktig næringsstoff for dannelsen av sunne bein. Imidlertid er sollys også en viktig kilde til UV-stråling. Personer som får overdreven UV-eksponering har stor risiko for å utvikle hudkreft. Det finnes tre typer UV-stråler: UVA, UVB og UVC.

• UVC-stråler (100-280 nm) er de mest energiske og skadelige av de tre strålene. Heldigvis absorberes UVC av ozonlaget før det når jordoverflaten.

• UVA-stråler (315-400 nm) har den laveste energien og er i stand til å trenge dypt inn i huden. Langvarig eksponering har vært knyttet til aldring og rynker på huden. UVA er også hovedårsaken til melanomer.

• UVB-stråler (280-315 nm) har høyere energi enn UVA-stråler og påvirker det ytre laget av huden som fører til solbrenthet og brunfarge. Basalcellekarsinom og plateepitelkarsinom er forårsaket av UVB-stråling.

DNA er sammensatt av to komplementære tråder som er viklet inn i en dobbel helix. Det arvelige budskapet er kjemisk kodet og består av de fire nukleotidene adenin (A), tymin (T), guanin (G) og cytosin (C).

UVB-lys forstyrrer direkte bindingen mellom nukleotidene i DNA. De to viktigste DNA-lesjonene dannet ved eksponering for UVB er cyklobutan pyrimidin dimerer (CPD) og 6-4 pyrimidin pyrimidone fotoprodukter (6-4PPs), og dets Dewar isomerer.

CPD-er dannes når to tilstøtende pyrimidinbaser (tymin -TT eller cytosin - CC) blir kovalent koblet og produserer en syklisk ringstruktur. 6-4PPs er et resultat av en enkelt kovalent binding dannet mellom 5'-enden av C6 og 3'-enden av C4 av tilstøtende pyrimidiner. Dette fører til dannelse av et ustabilt oksetan- eller azetidin-mellomprodukt avhengig av om 3'-endebasen er et tymin eller cytosin.

Påfølgende spontan omorganisering av disse mellomproduktene gir opphav til 6-4PP. Pyrimidin-dimerene forårsaker en knekk i DNA-ryggraden, og stopper transkripsjon og proteinsyntese. 6-4 pyrimidin-pyrimidon-addukter gjennomgår isomerisering til deres Dewar-form ved eksponering for et annet foton av lys fra UVB- eller UVA-stråling. Den vanligste mutasjonen indusert av UVB er C til T-transversjon. Doble basesubstitusjoner (CC til TT) forekommer også, om enn sjeldnere.

UVA (og også UVB) stråling forårsaker indirekte skade på DNA via absorpsjon av fotoner av ikke-DNA kromoforer. Dette genererer reaktive oksygenarter som singlet oksygen eller hydrogenperoksid som oksiderer DNA-basene og forårsaker mutasjoner. Den vanligste mutasjonen er GT-transversjonen der guanin blir oksidert til 8-okso-7,8-dihydroguanin (8-oksoG) og hindrer dets sammenkobling med cytosin. Under replikasjonsprosessen pares 8-oxoG med adenin. Når den andre tråden er syntetisert, erstattes 8-oxoG med en tymin som fører til en GT-transversjon.

DNA reparasjon

De genetiske lesjonene som produseres av UV-stråling blir ofte reparert like etter at de er dannet, gjennom en prosess som kalles nukleotideksisjonsreparasjon. Et nukleaseenzym gjenkjenner og fjerner et DNA-segment som inneholder lesjonen. Deretter setter polymerasen inn de riktige basene og ligasen forsegler gapet. Men hvis ikke-reparerte lesjoner samler seg eller reparasjonsmekanismen er defekt, kan det føre til celledød, mutagenese og til og med kreft.