elgavrilis's blog

Μηχανισμός μεταλλαξογένεσης της υπεριώδους ακτινοβολίας.

Η υπεριώδης UV ακτινοβολία έχει μήκη κύματος  200-400 nm [UVC(200-280) UVB(280-320 UVA(320-400)]. Η UV ακτινοβολία προσβάλλει το γενετικό υλικό,δημιουργώντας μεταλλάξεις οι οποίες αν δεν επιδιορθωθούν μπορούν να οδηγήσουν σε καρκινογέννεση. Συγκεκριμένα η UV επάγει το διμερισμό γειτονικών πυριμιδινών, και ιδιαιτέρως διμερών Θυμίνης (UV signature mutations). Αυτή η ομοιοπολική σύνδεση γειτονικών βάσεων της ίδιας αλυσίδας, δεν ταιριάζει μέσα στη διπλή έλικα (αποδιατάσσει τη δομή του DNA),και  επομένως η αντιγραφή και η γονιδιακή έκφραση εμποδίζονται μέχρις ότου η βλάβη αυτή διορθωθεί.Το τμήμα της UV που απορροφάται από το DNA και δημιουργεί τα μεταλλαξιγόνα φωτοπροϊόντα  είναι κυρίως από 245-290 nm. Tα διμερή που σχηματίζονται είναι δύο τύπων:

α) Τύπου κυκλοβουτανίου β) Τύπου Πυριμιδόνης. Τα πρώτα είναι 3 φορές συχνότερα, και σχηματίζονται με ομοιοπολική σύνδεση των ανθράκων C4-C4 και C5-C5 δύο παρακείμενων πυριμιδινών της ίδιας σαν αλυσίδας. Οι βλάβες αυτές εντοπίζονται συχνότερα σε επαναλαμβανόμενες (tandem) αλληλουχίες πυριμιδινών, που είναι γνωστές ?hot spots? των UV μεταλλάξεων. Εκτός απ? τις μεταλλαξιγόνες ιδιότητες τέτοια διμερή παρεμποδίζουν σημαντικές λειτουργίες του κυτταρικού κύκλου που σχετίζονται με το DNA. Έχει αποδειχθεί ότι διμερή Τ-Τ τύπου κυκλοβουτανίου σε αλληλουχίες υποκινητή, παρεμποδίζουν ισχυρά τη δέσμευση μεταγραφικών παραγόντων, και διορθώνονται με βραδύτερο ρυθμό από αντίστοιχα Τ-Τ σε μεταγραφόμενες περιοχές. Η μη επιδιόρθωση των βλαβών μπορεί να οδηγήσει μεταλλάξεις ματάπτωσης του τύπου CT ή CCTT, καθώς και σε προσθαφαιρέσεις βάσεων. Ο λεγόμενος ?κανόνας Α? είναι μία υπόθεση που επιχειρεί να εξηγήσει τον τρόπο μετάλλαξης. Σύμφωνα μ? αυτόν, Η DNA πολυμεράση εισάγει κατά παράβασιν  νουκλεοτίδια Α απέναντι από τα διμερή, και συνεπώς δημιουργείται μετάλλαξη στον επόμενο γύρο αντιγραφής του DNA. Έτσι τo T-T κυκλοβουτανικό διμερές δεν παράγει μεταλλάξεις διότι απέναντι από την Τ είσάγεται κανονικά Α. Σε υπάρχοντα όμως  C-C κυκλοβουτανικά διμερή προκαλείται μετάπτωση διότι δύο κατάλοιπα ΑΑ τοποθετούνται κατά παράβασιν και θα ζευγαρώσουν με ΤΤ στον επόμενο γύρο αντιγραφής. Το ίδιο συμβαίνει και σε διμερή τύπου Τ-C διότι απέναντι από την C εισάγεται Α. [15].

 H UV ακτινοβολία δημιουργεί καρκίνους στο δέρμα βλάπτοντας την ικανότητα των κυττάρων να ελέγχουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Τα κύτταρα διαθέτουν μηχανισμούς για να αντιρροπήσουν τη βλαβη, πριν ο καρκίνος αναπτυχθεί. Τέτοιοι μηχανισμοί είναι η επιδιόρθωση του DNA, η απόπτωση, και η ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος. Η αποτυχία ελέγχου της βλάβης μέσω των δύο πρώτων και η απώλεια ελέγχου μπορεί εν΄δυνάμει να οδηγήσει σε ανάπτυξη καρκίνου μέσω ενεργοποίησης ογκογονιδίων ή απενεργοποίησης ογκοκατασταλτικών γονιδίων. Αρκετά γονίδια που σχετίζονται με την ανάπτυξη καρκίνων του δέρματος, έχουν εκτενώς μελετηθεί, όπως το ογκοκατασταλτικο p53, τα ογκογονίδια ras, καθώς και το υπό μελέτην patched επίσης ογκοκατασταλτικο. Το p53 ενδεικτικά έχει βρεθεί ότι μεταλλάσσεται με υψηλή συχνότητα σε ανθρώπους και ποντίκια, και ότι πάνω από το 50% και σε μερικές περιπτώσεις το 90% των UV επαγόμενων μεταλλάξεων βρίσκονται σε διπυριμιδινικές θέσεις. [16]  

Στα προκαρυωτικά κύτταρα, μια πολυγονιδιακή οικογένεια που καλείται UVR γονίδια, αναγνωρίζει και απομακρύνει τα διμερή θυμίνης με την ακόλουθη διαδικασία: Όι UVRgenes πρωτεϊνες ξεδιπλώνουν (με δαπάνη ΑΤΡ) το DNA στο σημείο της βλάβης, και διασπούν τους δεσμούς σακχάρου-φωσφορικού σε μήκος επτά νουκλεοτιδίων ανοδικά και καθοδικά του διμερούς θυμίνης. Το τμήμα αυτό των 17 περίπου νουκλεοτιδίων απομακρύνεται με επιδιόρθωση εξαγωγής (πέψη εξωνουκλεάσης) από την DNA πολυμεράση Ι, η οποία διαθέτει επιδιορθωτική ικανότητα 5^?–> 3^? εξωνουκλεάσης, πολυμερίζοντας όλο το προς απομάκρυνση τμήμα στην κατεύθυνση 5^?–> 3^? απομακρύνοντας παράλληλα τα καθοδικά νουκλεοτίδια. Η DNA δεσμάση συνδέει κατόπιν τα νεοσυτεθέντα τμήματα με την κύρια αλυσίδα.

Η επιδιόρθωση των διμερών θυμίνης μπορεί να πραγματοποιηθεί και με φωτοενεργοποίηση. Μερικά ένζυμα που βρίσκονται σε όλους τους οργανισμούς και ονομάζονται DNA φωτολυάσες, ενεργοποιούνται από το υπεριώδες φώς και διασπούν τους ομοιοπολικούς δεσμούς των διμερών θυμίνης.

Μελαχρωματική Ξηροδερμία: Τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν UVR επιδιορθωτικά συστήματα εξαγωγής ανάλογα με εκείνα των προκαρυωτικών. Η Μελαχρωματική Ξηροδερμία είναι ασθένεια που μεταβιβάζεται ως αυτοσωμικό υπολοιπόμενο χαρακτηριστικό και περιλαμβάνει βλάβη σε κάποια απ? τα 9 UVR γονίδια δημιουργώντας υπερευαισθησία στο δέρμα που εκτίθεται στην υπεριώδη ακτινοβολία. Η αιτία της ασθένειας έγκειται στην ανεπάρκεια επιδιόρθωσης των διμερών θυμίνης που δημιουργεί η UVR. Οι ασθενείς έχουν προβλήματα στο δέρμα και τα μάτια, και παρουσιάζουν υψηλό ποσοστό ανάπτυξης καρκίνων του δέρματος. [17]