嘧啶二聚体

化合物

嘧啶二聚体(pyrimidine dimer,简称PD),是DNARNA中的相邻碱基,如胞嘧啶胸腺嘧啶,在紫外线的诱导下进行光化学合成,于碳-碳双键生成共价键而形成的一种化合物,是突变产生的原因之一。 [1][2][3]双链RNA中,紫外线也可能导致脲嘧啶二聚体生成。紫外线二聚体的常见例子包括环丁烷嘧啶二聚体及6-4光产物。它们改变了DNA原有结构,令聚合酶无法正常运作,DNA无法复制。嘧啶二聚体可通过光致活作用核苷酸切除修复的作用来修复。如果最终无法修复,可引致突变

DNA胸腺嘧啶二聚体的形成。光子的作用所导致在一条DNA链上的两个连续碱基结合到一起,从而破坏正常碱基配对的双链结构。

二聚体的种类

 
胸腺嘧啶光化二聚体的例子包括:6-4光产物(左)及环丁烷(右)

环丁烷嘧啶二聚体(CPD)由嘧啶的碳-碳双键的偶联反应所生成,共有四个环。 [4][5][6] 它们影响了DNA复制时的碱基配对,导致突变。

6-4光产物又称6,4嘧啶-嘧啶酮。它的生成率只有环丁烷嘧啶二聚体的三分之一,但有更大可能引发突变。[7]孢子光产物溶酶为修复胸腺嘧啶二聚体的另一途径。[8]

诱变

跨损伤聚合酶常令嘧啶二聚体转化为突变。这种反应于原核生物SOS反应)及真核生物中都存在。虽然胸腺嘧啶二聚体是在紫外线损伤中较为常见,但因跨损伤聚合酶较常以腺嘌呤修复DNA,故胸腺嘧啶二聚体通常能正确修复。反之,环丁烷型嘧啶二聚体中的胞嘧啶则易受脱氨作用攻击,转化为胸腺嘧啶。[9]

DNA修复

 
黑色素瘤,一种皮肤癌

嘧啶二聚体会导致DNA的局部构象改变,故可被修复酶察觉。[10]在绝大部分的生物中,损害亦可借由光致活作用修复,但诸如人类的胎盘动物则无此机制。[11]光致活作用中,光裂合酶将环丁烷嘧啶二聚体直接以光化学作用还原。修复酶察觉损伤后,会吸收波长>300 nm的光线(即荧光及紫外光),令光化学作用产生,将二聚体还原。[12]

核苷酸切除修复则是更通用的DNA维修方式。在这过程中,环丁烷嘧啶二聚体被切除,并合成新的DNA来填补该区域。[12]着色性干皮症正是因患者无法进行核苷酸切除修复而导致的遗传病,患者皮肤细胞被紫外光破坏后无法修复,导致皮肤变色及诱发癌变。人类中,没有修复的嘧啶二聚体可引致黑色素瘤。[13]

参考文献

  1. ^ S. E. Whitmore; C. S. Potten; C. A. Chadwick; P. T. Strickland; W. L. Morison. Effect of photoreactivating light on UV radiation-induced alterations in human skin. Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 2001, 17 (5): 213–217. PMID 11555330. doi:10.1034/j.1600-0781.2001.170502.x. 
  2. ^ David S. Goodsell. The Molecular Perspective: Ultraviolet Light and Pyrimidine Dimers. The Oncologist. 2001, 6 (3): 298–299 [2018-02-16]. PMID 11423677. doi:10.1634/theoncologist.6-3-298. (原始内容存档于2009-04-30). 
  3. ^ E. C. Friedberg; G. C. Walker; W. Siede; R. D. Wood; R. A. Schultz & T. Ellenberger. DNA repair and mutagenesis. Washington: ASM Press. 2006: 1118. ISBN 978-1-55581-319-2. 
  4. ^ R. B. Setlow. Cyclobutane-Type Pyrimidine Dimers in Polynucleotides. Science. 1966, 153 (3734): 379–386. PMID 5328566. doi:10.1126/science.153.3734.379. 
  5. ^ Expert reviews in molecular medicine. Structure of the major UV-induced photoproducts in DNA. (PDF). Cambridge University Press. 2 December 2002 [2018年2月16日]. (原始内容 (PDF)存档于2005年3月21日). 
  6. ^ Christopher Mathews & K.E. Van Holde. Biochemistry 2nd. Benjamin Cummings Publication. 1990: 1168. ISBN 978-0-8053-5015-9. 
  7. ^ Van Holde, K. E.; Mathews, Christopher K. Biochemistry. Menlo Park, Calif: Benjamin/Cummings Pub. Co. 1990. ISBN 0-8053-5015-2. 
  8. ^ Jeffrey M. Buis; Jennifer Cheek; Efthalia Kalliri & Joan B. Broderick. Characterization of an Active Spore Photoproduct Lyase, a DNA Repair Enzyme in the Radical S-Adenosylmethionine Superfamily. Journal of Biological Chemistry. 2006, 281 (36): 25994–26003. PMID 16829680. doi:10.1074/jbc.M603931200. 
  9. ^ J. H. Choi; A. Besaratinia; D. H. Lee; C. S. Lee; G. P. Pfeifer. The role of DNA polymerase iota in UV mutational spectra. Mutat. Res. 2006, 599 (1–2): 58–65. PMID 16472831. doi:10.1016/j.mrfmmm.2006.01.003. 
  10. ^ Kemmink Johan; Boelens Rolf; Koning Thea M.G.; Kaptein Robert; Van, der Morel Gijs A.; Van Boom Jacques H. Conformational Changes in the oligonucleotide duplex d(GCGTTGCG)•d(GCGAAGCG) induced by formation of a cissyn thymine dimer. European Journal of Biochemistry. 1987, 162: 31–43. PMID 3028790. doi:10.1111/j.1432-1033.1987.tb10538.x. 
  11. ^ Essen LO, Klar T. Light-driven DNA repair by photolyases. Cell Mol Life Sci. 2006, 63 (11): 1266–77. PMID 16699813. doi:10.1007/s00018-005-5447-y. 
  12. ^ 12.0 12.1 Friedberg, Errol C. (23 January 2003) "DNA Damage and Repair". Nature 421, 436-439. doi:10.1038/nature01408
  13. ^ Vink Arie A.; Roza Len. Biological consequences of cyclobutane pyrimidine dimers. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2001, 65 (2–3): 101–104. doi:10.1016/S1011-1344(01)00245-7.