UV照射紫外線によるDNA損傷のメカニズム

DNAの安定性は、すべての細胞プロセスが適切に機能するために非常に重要です。 紫外線にさらされるとDNAの構造が変化し、バクテリアから人間に至るまでのすべての生命システムの生理学的プロセスに影響を及ぼします。

紫外線放射

自然の日光は、健康な骨の形成に重要な栄養素であるビタミンDの生成を刺激します。 ただし、太陽光も紫外線の主要な発生源です。 過度の紫外線にさらされた人は、皮膚がんを発症するリスクが高くなります。 紫外線には、UVA、UVB、UVCの3種類があります。

• UVC光線（100-280 nm）は、3つの光線の中で最もエネルギーが高く損傷を与える光線です。 幸いなことに、UVCは地表に到達する前にオゾン層に吸収されます。

• UVA光線（315-400 nm）は最も低いエネルギーを持ち、皮膚の奥深くまで浸透することができます。 長時間の曝露は、皮膚の老化やしわに関連しています。 UVAは黒色腫の主な原因でもあります。

• UVB光線（280-315 nm）は、UVA光線よりも高いエネルギーを持ち、皮膚の外層に影響を与え、日焼けや日焼けを引き起こします。 基底細胞癌と扁平上皮癌は、UVB放射線によって引き起こされます。

DNAは、二重らせんに巻かれた2本の相補鎖で構成されています。 遺伝的メッセージは化学的にコード化されており、4つのヌクレオチドであるアデニン（A）、チミン（T）、グアニン（G）、シトシン（C）で構成されています。

UVB光は、DNA内のヌクレオチド間の結合を直接妨害します。 UVBへの曝露によって形成される2つの主要なDNA損傷は、シクロブタンピリミジンダイマー（CPD）と6-4ピリミジンピリミドン光生成物（6-4PP）、およびそのデュワー異性体です。

CPDは、2つの隣接するピリミジン塩基（チミン–TTまたはシトシン– CC）が共有結合して、環状環構造を生成するときに形成されます。 6-4PPは、隣接するピリミジンのC6の5 '末端とC4の3'末端の間に形成された単一の共有結合から生じます。 これにより、3 '末端塩基がチミンであるかシトシンであるかに応じて、不安定なオキセタンまたはアゼチジン中間体が形成されます。

これらの中間体のその後の自発的な再配列は、6-4PPを生じさせる。 ピリミジン二量体はDNA骨格にねじれを引き起こし、転写とタンパク質合成を停止させます。 6-4ピリミジンピリミドン付加物は、UVBまたはUVA放射線からの光の別の光子にさらされると、異性化してデュワー型になります。 UVBによって誘発される最も一般的な突然変異はCからTへの転換です。 頻度は低くなりますが、二重塩基置換（CCからTT）も発生します。

UVA（およびUVB）放射線は、非DNA発色団による光子の吸収を介してDNAに間接的な損傷を引き起こします。 これにより、一重項酸素や過酸化水素などの活性酸素種が生成され、DNA塩基が酸化されて突然変異が引き起こされます。 最も一般的な変異は、グアニンが酸化されて8-oxo-7,8-dihydroguanine（8-oxoG）になり、シトシンとのペアリングを妨げるGTトランスバージョンです。 複製プロセス中に、8-oxoGはアデニンとペアになります。 2番目の鎖が合成されると、8-oxoGはチミンに置き換えられ、GTトランスバージョンが発生します。

DNA修復

紫外線によって生成された遺伝的病変は、ヌクレオチド除去修復と呼ばれるプロセスによって、形成された直後に修復されることがよくあります。 ヌクレアーゼ酵素は、病変を含むDNAのセグメントを認識して除去します。 次に、ポリメラーゼが正しい塩基を挿入し、リガーゼがギャップをシールします。 しかし、修復されていない病変が蓄積したり、修復メカニズムに欠陥があると、細胞死、突然変異誘発、さらには癌につながる可能性があります。