Het mechanisme van DNA-schade door UV-straling Uvc-water

De stabiliteit van DNA is uitermate belangrijk voor het goed functioneren van alle cellulaire processen. Blootstelling aan UV-straling verandert de structuur van DNA en beïnvloedt de fysiologische processen van alle levende systemen, van bacteriën tot mensen.

Ultraviolette straling

Natuurlijk zonlicht stimuleert de aanmaak van vitamine D, een belangrijke voedingsstof voor de vorming van gezonde botten. Maar ook zonlicht is een belangrijke bron van UV-straling. Personen die overmatige blootstelling aan UV-straling krijgen, lopen een groot risico op het ontwikkelen van huidkanker. Er zijn drie soorten UV-stralen: UVA, UVB en UVC.

• UVC-stralen (100-280 nm) zijn de meest energieke en schadelijke van de drie stralen. Gelukkig wordt UVC geabsorbeerd door de ozonlaag voordat het het aardoppervlak bereikt.

• UVA-stralen (315-400 nm) hebben de laagste energie en kunnen diep in de huid doordringen. Langdurige blootstelling is in verband gebracht met veroudering en rimpels van de huid. UVA is ook de belangrijkste oorzaak van melanomen.

• UVB-stralen (280-315 nm) hebben een hogere energie dan UVA-stralen en tasten de buitenste laag van de huid aan, wat leidt tot zonnebrand en bruin worden. Basaalcelcarcinoom en plaveiselcelcarcinoom worden veroorzaakt door UVB-straling.

DNA bestaat uit twee complementaire strengen die in een dubbele helix zijn gewikkeld. De erfelijke boodschap is chemisch gecodeerd en bestaat uit de vier nucleotiden adenine (A), thymine (T), guanine (G) en cytosine (C).

UVB-licht interfereert direct met de binding tussen de nucleotiden in het DNA. De twee belangrijkste DNA-laesies die worden gevormd door blootstelling aan UVB zijn cyclobutaanpyrimidinedimeren (CPD) en 6-4 pyrimidinepyrimidon-fotoproducten (6-4PP's), en de Dewar-isomeren ervan.

CPD's worden gevormd wanneer twee aangrenzende pyrimidinebasen (thymine -TT of cytosine - CC) covalent worden gekoppeld en een cyclische ringstructuur produceren. 6-4PP's zijn het resultaat van een enkele covalente binding gevormd tussen het 5'-uiteinde van C6 en 3'-uiteinde van C4 van aangrenzende pyrimidinen. Dit leidt tot de vorming van een onstabiel oxetaan- of azetidine-tussenproduct, afhankelijk van of de 3'-eindbase een thymine of cytosine is.

Daaropvolgende spontane herschikking van deze tussenproducten geeft aanleiding tot 6-4PP. De pyrimidinedimeren veroorzaken een knik in de DNA-ruggengraat, waardoor transcriptie en eiwitsynthese worden stopgezet. 6-4 pyrimidine-pyrimidonadducten ondergaan isomerisatie tot hun Dewar-vorm bij blootstelling aan een ander foton van licht van UVB- of UVA-straling. De meest voorkomende mutatie die door UVB wordt geïnduceerd, is C naar T-transversie. Dubbele basensubstituties (CC naar TT) komen ook voor, zij het minder vaak.

UVA- (en ook UVB-)straling veroorzaakt indirecte schade aan het DNA via absorptie van fotonen door niet-DNA-chromoforen. Dit genereert reactieve zuurstofsoorten zoals singlet-zuurstof of waterstofperoxide die de DNA-basen oxideren en mutaties veroorzaken. De meest voorkomende mutatie is de GT-transversie waarbij guanine wordt geoxideerd tot 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG), wat de koppeling met cytosine verhindert. Tijdens het replicatieproces paren 8-oxoG met adenine. Wanneer de tweede streng wordt gesynthetiseerd, wordt 8-oxoG vervangen door een thymine, wat leidt tot een GT-transversie.

DNA-reparatie

De genetische laesies die door UV-straling worden geproduceerd, worden vaak snel hersteld nadat ze zijn gevormd, via een proces dat nucleotide-excisieherstel wordt genoemd. Een nuclease-enzym herkent en verwijdert een DNA-segment dat de laesie bevat. Vervolgens voegt het polymerase de juiste basen in en ligase dicht de opening af. Als zich echter niet-herstelde laesies ophopen of het herstelmechanisme defect is, kan dit leiden tot celdood, mutagenese en zelfs kanker.