Der Mechanismus der DNA-Schädigung durch UV-Strahlung Uvc-Wasser

Die Stabilität der DNA ist für das reibungslose Funktionieren aller zellulären Prozesse äußerst wichtig. Die Exposition gegenüber UV-Strahlung verändert die Struktur der DNA und beeinflusst die physiologischen Prozesse aller lebenden Systeme, von Bakterien bis hin zum Menschen.

UV-Strahlung

Natürliches Sonnenlicht stimuliert die Produktion von Vitamin D, einem wichtigen Nährstoff für den Aufbau gesunder Knochen. Sonnenlicht ist jedoch auch eine wichtige Quelle für UV-Strahlung. Personen, die übermäßiger UV-Exposition ausgesetzt sind, haben ein hohes Risiko, an Hautkrebs zu erkranken. Es gibt drei Arten von UV-Strahlen: UVA, UVB und UVC.

• UVC-Strahlen (100-280 nm) sind die energiereichsten und schädlichsten der drei Strahlen. Glücklicherweise wird UVC von der Ozonschicht absorbiert, bevor es die Erdoberfläche erreicht.

• UVA-Strahlen (315-400 nm) besitzen die niedrigste Energie und können tief in die Haut eindringen. Längere Exposition wurde mit Alterung und Faltenbildung der Haut in Verbindung gebracht. UVA ist auch die Hauptursache für Melanome.

• UVB-Strahlen (280-315 nm) besitzen eine höhere Energie als UVA-Strahlen und wirken sich auf die äußere Hautschicht aus, was zu Sonnenbrand und Bräunung führt. Basalzellkarzinome und Plattenepithelkarzinome werden durch UVB-Strahlung verursacht.

DNA besteht aus zwei komplementären Strängen, die zu einer Doppelhelix gewunden sind. Die erbliche Botschaft ist chemisch kodiert und besteht aus den vier Nukleotiden Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C).

UVB-Licht stört direkt die Bindung zwischen den Nukleotiden in der DNA. Die beiden wichtigsten DNA-Läsionen, die durch UVB-Exposition entstehen, sind Cyclobutan-Pyrimidin-Dimere (CPD) und 6-4 Pyrimidin-Pyrimidon-Photoprodukte (6-4 PPs) und seine Dewar-Isomere.

CPDs werden gebildet, wenn zwei benachbarte Pyrimidinbasen (Thymin – TT oder Cytosin – CC) kovalent verbunden werden, wodurch eine zyklische Ringstruktur entsteht. 6-4PPs resultieren aus einer einzelnen kovalenten Bindung, die zwischen dem 5'-Ende von C6 und dem 3'-Ende von C4 benachbarter Pyrimidine gebildet wird. Dies führt zur Bildung eines instabilen Oxetan- oder Azetidin-Zwischenprodukts, je nachdem, ob die 3'-Endbase ein Thymin oder Cytosin ist.

Nachfolgende spontane Umlagerung dieser Zwischenstufen führt zu 6-4PP. Die Pyrimidin-Dimere verursachen einen Knick im DNA-Rückgrat, wodurch die Transkription und die Proteinsynthese gestoppt werden. 6-4 Pyrimidin-Pyrimidon-Addukte isomerisieren zu ihrer Dewar-Form, wenn sie einem anderen Lichtphoton von UVB- oder UVA-Strahlung ausgesetzt werden. Die häufigste durch UVB induzierte Mutation ist die Transversion von C zu T. Doppelbasensubstitutionen (CC zu TT) kommen ebenfalls vor, wenn auch weniger häufig.

UVA- (und auch UVB-)Strahlung verursacht indirekte Schäden an der DNA durch Absorption von Photonen durch Nicht-DNA-Chromophore. Dies erzeugt reaktive Sauerstoffspezies wie Singulett-Sauerstoff oder Wasserstoffperoxid, die die DNA-Basen oxidieren und Mutationen verursachen. Die häufigste Mutation ist die GT-Transversion, bei der Guanin zu 8-Oxo-7,8-Dihydroguanin (8-oxoG) oxidiert wird und seine Paarung mit Cytosin behindert. Während des Replikationsvorgangs paart sich 8-oxoG mit Adenin. Wenn der zweite Strang synthetisiert wird, wird 8-oxoG durch ein Thymin ersetzt, was zu einer GT-Transversion führt.

DNA-Reparatur

Die durch UV-Strahlung erzeugten genetischen Läsionen werden oft kurz nach ihrer Bildung durch einen Prozess namens Nukleotidexzisionsreparatur repariert. Ein Nukleaseenzym erkennt und entfernt ein DNA-Segment, das die Läsion enthält. Dann fügt die Polymerase die richtigen Basen ein und Ligase verschließt die Lücke. Wenn sich jedoch unreparierte Läsionen anhäufen oder der Reparaturmechanismus fehlerhaft ist, kann dies zu Zelltod, Mutagenese und sogar Krebs führen.