El mecanisme de danys a l'ADN per radiació UV Aigua UV

L'estabilitat de l'ADN és extremadament important per al bon funcionament de tots els processos cel·lulars. L'exposició a la radiació UV altera l'estructura de l'ADN, afectant els processos fisiològics de tots els sistemes vius, des dels bacteris fins als humans.

Radiació ultraviolada

La llum solar natural estimula la producció de vitamina D, un nutrient important per a la formació d'ossos sans. Tanmateix, la llum solar també és una font important de radiació UV. Les persones que reben una exposició excessiva als raigs UV corren un gran risc de desenvolupar càncer de pell. Hi ha tres tipus de raigs UV: UVA, UVB i UVC.

• Els raigs UVC (100-280 nm) són els més energètics i nocius dels tres. Afortunadament, els UVC són absorbits per la capa d'ozó abans d'arribar a la superfície terrestre.

• Els raigs UVA (315-400 nm) posseeixen l'energia més baixa i són capaços de penetrar profundament a la pell. L'exposició prolongada s'ha relacionat amb l'envelliment i les arrugues de la pell. Els UVA també són la principal causa de melanomes.

• Els raigs UVB (280-315 nm) tenen una energia més alta que els raigs UVA i afecten la capa externa de la pell provocant cremades solars i bronzejats. El carcinoma de cèl·lules basals i el carcinoma de cèl·lules escamoses són causats per la radiació UVB.

L'ADN està format per dues cadenes complementàries que s'enrotllen en una doble hèlix. El missatge hereditari està codificat químicament i està format pels quatre nucleòtids adenina (A), timina (T), guanina (G) i citosina (C).

La llum UVB interfereix directament amb l'enllaç entre els nucleòtids de l'ADN. Les dues principals lesions d'ADN formades per l'exposició a UVB són els dímers de ciclobutà pirimidina (CPD) i els fotoproductes de 6-4 pirimidina pirimidona (6-4PPs) i els seus isòmers Dewar.

Els CPD es formen quan dues bases pirimidiniques adjacents (timina-TT o citosina-CC) s'uneixen de manera covalent produint una estructura d'anell cíclic. Els 6-4PP resulten d'un únic enllaç covalent format entre l'extrem 5' de C6 i l'extrem 3' de C4 de les pirimidines adjacents. Això condueix a la formació d'un intermedi oxetan o azetidina inestable segons si la base de l'extrem 3' és una timina o una citosina.

La posterior reordenació espontània d'aquests intermedis dóna lloc a 6-4PP. Els dímers de pirimidina provoquen una torsió a la columna vertebral de l'ADN, aturant la transcripció i la síntesi de proteïnes. Els adductes de 6-4 pirimidina pirimidona experimenten isomerització a la seva forma Dewar després de l'exposició a un altre fotó de llum de la radiació UVB o UVA. La mutació més comuna induïda per UVB és la transversió de C a T. També es produeixen substitucions de base doble (CC a TT), encara que amb menys freqüència.

La radiació UVA (i també UVB) causen danys indirectes a l'ADN mitjançant l'absorció de fotons per cromòfors no ADN. Això genera espècies reactives d'oxigen com l'oxigen singlet o el peròxid d'hidrogen que oxiden les bases de l'ADN provocant mutacions. La mutació més comuna és la transversió GT on la guanina s'oxida en 8-oxo-7,8-dihidroguanina (8-oxoG) dificultant el seu aparellament amb citosina. Durant el procés de replicació, 8-oxoG s'aparella amb l'adenina. Quan es sintetitza la segona cadena, 8-oxoG es substitueix per una timina que condueix a una transversió de GT.

Reparació d'ADN

Les lesions genètiques produïdes per la radiació UV sovint es reparen poc després de formar-se, mitjançant un procés anomenat reparació per excisió de nucleòtids. Un enzim nucleasa reconeix i elimina un segment d'ADN que conté la lesió. Aleshores, la polimerasa insereix les bases correctes i la lligasa segella el buit. Tanmateix, si s'acumulen lesions no reparades o el mecanisme de reparació és defectuós, pot provocar la mort cel·lular, mutagènesi i fins i tot càncer.