יציבות ה-DNA חשובה ביותר לתפקוד תקין של כל התהליכים התאיים. חשיפה לקרינת UV משנה את מבנה ה-DNA, ומשפיעה על התהליכים הפיזיולוגיים של כל המערכות החיות, החל מחיידקים ועד בני אדם.
קרינה אולטרא - סגולה
אור שמש טבעי ממריץ את הייצור של ויטמין D, חומר תזונתי חשוב ליצירת עצמות בריאות. עם זאת, אור השמש הוא גם מקור עיקרי לקרינת UV. אנשים הסובלים מחשיפה מופרזת ל-UV נמצאים בסיכון גדול לפתח סרטן עור. ישנם שלושה סוגים של קרני UV: UVA, UVB ו-UVC.
קרני UVC (100-280 ננומטר) הן האנרגטיות והמזיקות ביותר מבין שלוש הקרניים. למרבה המזל, UVC נספג בשכבת האוזון לפני שהוא מגיע לפני השטח של כדור הארץ.
לקרני UVA (315-400 ננומטר) יש את האנרגיה הנמוכה ביותר ומסוגלת לחדור לעומק העור. חשיפה ממושכת נקשרה להזדקנות וקמטוטים של העור. UVA הוא גם הגורם העיקרי למלנומה.
קרני UVB (280-315 ננומטר) בעלות אנרגיה גבוהה יותר מקרני UVA ומשפיעות על השכבה החיצונית של העור המובילה לכוויות שמש ושיזוף. קרצינומה של תאי בסיס וקרצינומה של תאי קשקש נגרמות על ידי קרינת UVB.
DNA מורכב משני גדילים משלימים שמלופפים לסליל כפול. המסר התורשתי מקודד כימית ומורכב מארבעת הנוקלאוטידים אדנין (A), תימין (T), גואנין (G) וציטוזין (C).
אור UVB מפריע ישירות לקשר בין הנוקלאוטידים ב-DNA. שני נגעי ה-DNA העיקריים הנוצרים בחשיפה ל-UVB הם ציקלובוטן פירימידין דימרים (CPD) ו-6-4 pyrimidine pyrimidone photoproducts (6-4PPs), והאיזומרים של Dewar שלו.
CPDs נוצרים כאשר שני בסיסי פירמידין סמוכים (תימין -TT או ציטוזין - CC) הופכים מקושרים קוולנטיים ומייצרים מבנה טבעת מחזורי. 6-4PPs נובעים מקשר קוולנטי בודד שנוצר בין קצה 5' של C6 וקצה 3' של C4 של פירמידינים סמוכים. זה מוביל ליצירת תוצר ביניים אוקסטאן או אזטידין לא יציב תלוי אם הבסיס הקצה 3' הוא תימין או ציטוזין.
סידור מחדש ספונטני של תוצרי ביניים אלה גורם ל-6-4PP. דימרי הפירימידין גורמים לקיפול בעמוד השדרה של ה-DNA, עוצרים את התעתוק וסינתזת החלבון. 6-4 אדדוקטים של פירמידין פירימידון עוברים איזומריזציה לצורת ה-Dewar שלהם בחשיפה לפוטון אחר של אור מקרינת UVB או UVA. המוטציה הנפוצה ביותר הנגרמת על ידי UVB היא C to T transversion. החלפות בסיס כפולות (CC ל-TT) מתרחשות גם הן, אם כי בתדירות נמוכה יותר.
קרינת UVA (וגם UVB) גורמת לנזק עקיף ל-DNA באמצעות קליטה של פוטונים על ידי כרומופורים שאינם DNA. זה יוצר מיני חמצן תגובתיים כמו חמצן בודד או מי חמצן המחמצנים את בסיסי ה-DNA וגורמים למוטציות. המוטציה השכיחה ביותר היא טרנסברסיית GT שבה גואנין מתחמצן ל-8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG) מה שמפריע להזיווג שלו עם ציטוזין. במהלך תהליך השכפול, 8-oxoG מזדווג עם אדנין. כאשר הגדיל השני מסונתז, 8-oxoG מוחלף בתימין המוביל להמרת GT.
תיקון DNA
הנגעים הגנטיים המיוצרים על ידי קרינת UV מתקנים לעתים קרובות זמן קצר לאחר היווצרותם, באמצעות תהליך הנקרא תיקון כריתת נוקלאוטידים. אנזים נוקלאז מזהה ומסיר קטע של DNA המכיל את הנגע. לאחר מכן, הפולימראז מכניס את הבסיסים הנכונים והליגאז אוטמת את הפער. עם זאת, אם מצטברים נגעים שלא תוקנו או שמנגנון התיקון פגום, זה יכול להוביל למוות של תאים, למוטגנזה ואפילו לסרטן.
מקורות:
Sinha RP, Häder DP "נזק ותיקון של DNA המושרה על ידי UV: סקירה." Photochem Photobiol Sci. 2002 אפריל; 1(4):225-36. סקירה
Rastogi RP, Richa, Kumar A, Tyagi MB ו-Sinha RP "מנגנונים מולקולריים של נזק ותיקון DNA המושרה על ידי קרינה אולטרה סגולה." J חומצות גרעין. 2010 16 בדצמבר 2010:592980. doi: 10.4061/2010/592980
Ravanat JL, Douki T ו-Cadet J "השפעות ישירות ועקיפות של קרינת UV על DNA ומרכיביו." J Photochem Photobiol B. 2001 Oct;63(1-3):88-102. סקירה
