Молекулярні ушкодження днк, індуковані ультрафіолетовим випромінюванням

Інактивація клітин і мутагенез у випадку опромінення клітин ультрафіолетовими променями зумовлені кількома фотохімічними реакціями, які призводять до ушкоджень молекул нуклеїнових кислот. Найнебезпечнішими для клітини є реакції фотодимеризації і утворення ковалентних зшивок ДНК з білковими молекулами. Під час опромінення ДНК ультрафіолетовими променями з довжиною хвилі до 300 нм найголовнішу роль у інактивації клітин відіграють піримідинові димери. Ці димери мають циклобутанову структуру, яка зумовлена утворенням двох ковалентних зв’язків між 5 і 6-им атомами вуглецю двох піримідинових основ. Виникають С=С і С=Т димери, але найчастіше Т=Т димери, якщо ці основи розташовані поруч на одній нитці ДНК. Зшивки між опозитними нитками ДНК виникають лише у випадку локальної денатурації подвійної спіралі, коли два піримідини займають таке стеричне положення, яке робить можливим утворення димеру. Піримідинові димери характеризуються дуже високою стабільністю: вони не руйнуються навіть за умов кислотного гідролізу. Утворення піримідинових димерів зумовлене дією ультрафіолетових променів довжиною хвилі 290-320 нм (промені УФ-В). Проте біологічно активними є також промені УФ-А з довжиною хвилі 320-380 нм, які модифікують трансдукцію сигналу міжклітинної взаємодії і впливаючи на експресію певних генів, можуть індукувати канцерогенез. У клітині, де в ДНК виникли піримідинові димери, не може відбуватися реплікація ДНК, оскільки стає неможливим розгвинчування спіралі в місцях дії ДНК-полімеразного комплексу. Це і є основною причиною загибелі клітин, що опромінені ультрафіолетом. Позбутися піримідинових димерів клітина може завдяки явищу фотореактивації, в процесі якої для розривів ковалентних зв’язків між піримідинами використовується енергія світла.

Зміни структури хроматину під впливом іонізуючого випромінювання

Співвідношення між одно- і двонитковими розривами ДНК характеризується параметром h, який входить до виразу Тома:

dsb = (2h + 1) ssb²

де dsb – частота двониткових розривів на пару нуклеотидів

ssb - частота однониткових розривів на пару нуклеотидів.

Вихід таких ушкоджень ДНК як одно- та двониткових розривів, модифікація основ і зшивки ДНК-білок, зростає майже у 100 разів, якщо хроматин депротеінізують. В інтактних клітинах релаксована структура хроматину, яка виникає під час реплікації або транскрипції, сприяє збільшенню виходу ушкоджень у 3-6 разів. Репарація також залежить від структури і складу ядерного хроматину: ушкодження повніше вилучається з транскрипційно активного хроматину. Залежність між структурною організацією хроматину і вразливістю ДНК дуже велика. Це можна проілюструвати співставивши відносні виходи ушкоджень ДНК залежно від стану хроматину.

Від змін конформації хроматину залежить перетворення радіаційних ушкоджень ДНК на видимі розриви хроматину і вихід хромосомних аберацій. Білок MPF, який індукує зміни конформації хроматину, істотно впливає на перетворення молекулярних ушкоджень ДНК в хромосомні аберації. Варіювання радіочутливості клітини протягом клітинного циклу теж пов’язане зі змінами стану хроматину. Вздовж треку підвищується кислотність (pH) середовища і з цим пов’язана залежність ВБЕ від ЛПЕ.

Таблиця 7. Залежність співвідношення різних ушкоджень ДНК від стану хроматину.

Тип хроматину	Однониткові розриви ДНК	Двониткові розриви ДНК	Зшивки ДНК-білок
Цілісної клітини	1	1	1
Ізольованого ядра	2	2,7	3,1
Релаксований	7,5	9	10
Депротеінізована ДНК	100	60	-