DNA 손상

방사선 손상

-. 자외선이 싸이클로부탄 피리미딘 이합체와 광생성물을 형성시킨다. 

 세포가 자외선과 이온화 방사선의 두 가지 형태, x-선 및 감마선을 포함한 고에너지 전자기 방사선에 노출되면 DNA에 상당한 손상을 입히게 된다. 다음의 세 가지 띠로 구분되는 자외선으로 인하여 생기는 손상을 입히게 된다. 다음의 세 가지 띠로 구분되는 자외선으로 인하여 생기는 손상의 주요한 형태를 시험해 보면서 시작하자 : UV-C, UV-B, 및 UV-A. UV-C는 DNA에 의해 최대 흡수를 보이는 영역이다. 만약 이 자외선이 지구의 대기를 통과한다면 노출된 생명체 많은 DNA 손상을 일으킬 수 있다. 다행스러운 것은 성층권에 있는 오존층이 이를 막아줌으로써 매우 적은 양의 UV-C만 지구 표면에 도달하는 것이다. 그러나 chlorofluorohydrocarbon과 다른 산업 화학물질들이 대기로 방출됨으로써 오존층이 점차 줄어들면서 그 역할을 잃어가고 있다. 오존층 고갈현상은 피부가 자외선의 영향을 직접 받게 함으로써 피부암을 보다 많이 일으키게 할 것이다. 자외선이 DNA를 손상하는 것에 대한 연구를 위해 설계된 실험실들은 일반적으로 UV-C 자외선을 생산하는 살균램프로 실험을 실시하고 있다. 지구에 도달하는 자외선의 10% 차지하는 UV-B는 대부분이 피부의 DNA에 손상을 준다. 지구에 도달하는 자외선의 대부분인 UV-A는 UV-B보다 피부를 보다 깊이 통과할 수 있으나 DNA 손상을 야기하는 데 보다 덜 효과적이다. 태양광선에 의하여 타는 효과는 UV-A 때문이지만, UV-A에 대한 지속적인 노출은 피부노화, 주름 생성 및 피부암 발생의 위험 증가라는 상당한 대가가 뒤따른다. 

 피리미딘 이합체의 두 가지 주요 유형인 싸이클로부탄 피리미딘 이합체와 광생성물들은 UV로 야기되는 거의 모든 DNA 손상의 결과이다. 자외선으로 인한 손상의 약 75%를 차지하는 싸이클로부탄 피리미딘 이합체들은 인접한 피리미딘 사이의 두 결합으로부터 만들어진다. 첫 번째 결합은 2개의 고리상에 있는 C-5 원자들을 연결하고, 두 번째 결합은 C-6 원자들을 연결한다. 가장 일반적인 싸이클로부탄 피리미딘 이합체는 티민-티민 이합체이다. 시토신-티민과 시토신-시토신 이합체들은 형성 비율이 보다 느리다. B-DNA는 단일 이합체를 수용할 수 있지만, 나선형 축이 구부러져야 한다. 광생성물은 3'-피리미딘의 C-6 원자와 5'-피리미딘의 C-4 원자 사이의 결합 형성으로부터 만들어진다. 광생성물은 피리미딘의 두 고리가 서로 직각이기 때문에 B-DNA를 상당히 뒤틀게 된다. 만약 피리미딘 이합체 또는 광생성물이 제거되지 않는 경우, 복제 및 전사 시스템의 정상적인 작동에 지장을 초래하여 돌연변이와 세포사멸을 일으킬 수 있다. 

-. 물속에서 있어서 DNA의 불안전성

 DNA는 가수분해 절단 작용에 의해 손상된다. 

 DNA는 가수분해로 절단이 가능한 3종류의 결합이 있다 : (1) 인산디에스테르 결합, (2) N-글리코실 결합, 그리고 (3) 시토신, 아데닌, 구아닌의 고리 구조에 붙어 있는 아민기와 연결된 결합. 자발적인 인산에스테르 결합의 절단, 즉 DNA 사슬 안에 단일가닥 절단을 넣는데, 이 현상은 매우 드물게 일어나며 DNA 손상에 그다지 중요한 역할을 하지 않는 것으로 믿어진다. N-glycosyl 결합의 절단은 염기 부재 부위를 만들고, 또한 AP 위치라고 알려져 있다. 현재의 견해로는, 매일 약 10,000개의 퓨린과 500개의 피리미딘 염기들이 포유류 세포핵의 DNA에서 잃는다고 한다. 이러한 결과들은 퓨린 N-glycosyl 결합이 피리미딘 N-glycosyl 결합보다 더 쉽게 가수분해된다는 것을 보여주는 시험관 내 실험 결과와 일치한다. AP 위치 형성은 이웃하고 있는 3'인산에테르 결합이 절단되는 데 민감하게 한다. 1개 이상 AP 위치를 가진 DNA 가닥은 정확한 복제 및 전사를 지시하기 위해 요구되는 정보가 부족하기 때문에 빈약한 주형을 만들게 된다. 

 물에 의한 탈아민화 반응이 시토신, 구아닌 및 아데닌을 우라실, 크산틴 그리고 하이포크산틴으로 각각 전환 시킨다. 포유류 세포에서 시토신의 가수분해 탈아민화 반응은 하루에 약 100~500회 일어나는 것으로 평가되지만, 결합한 구아닌과 아데닌 탈아민화 반응들은 그 값의 약 1% 혹은 2%가 발생하는 것으로 평가되고 있다. 구아닌이 크산틴으로 전환되는 것은 크산틴이 시토신 혹은 티민과 함께 안정된 염기쌍을 형성하지 못하여 돌연변이 또는 DNA 합성이 중지되기 때문이다. 아데닌이 하이포크산틴으로의 전환이 만약 수선되지 않으면, T-A 염기쌍이 C-G 염기쌍으로 대체된다. 마찬가지로 C에서 U로 전환하는 바르지 못한 탈아민화 반응은 T-A 염기쌍을 C-G의 염기쌍으로 대체한다. 피리미딘-퓨린 염기쌍에 있어서 다른 피리미딘-퓨린 염기쌍으로 대체되는 이러한 형태의 돌연변이를 전이성 돌연변이라고 한다. 점돌연변이의 두 번째 유형은 염기대체 돌연변이라고 하며, 퓨린-피리미딘 염기쌍을 피리미딘-퓨린 염기쌍으로 대체한다. 

 진핵세포의 DNA에 있는 일부 시토신은 수식된 염기 5-methylcytosine으로 전환된다. 이러한 수식된 염기는 일반적으로 말하는 CpG 섬에 집중되어 있다. CpG 섬은 DNA의 작은 단편들로 전사단위 바로 앞에 위치한 조절 요소라고 부르는 프로모터에 가끔 있다. CpG 섬의 어원은 CpG 단편이 DNA의 나머지 부분보다 훨씬 더 높은 빈도로 이들 DNA 부분에 존재한다는 사실에서 유래한다. CpG 섬에 있는 5-methylcytosine 염기의 자발적인 탈아민화 반응의 빈도는 시토신에 대한 그것보다 훨씬 많다. 그러나 이 경우의 산물은 티민이고 우라실은 아니며, 결과적으로 C-G 염기쌍을 T-A 염기쌍으로 전환한다. 

 아질산은 베이컨, 소시지 및 핫도그와 같은 가공육의 방부제로 사용되는 아질산염으로부터 형성되며, 탈아민화 반응을 많이 증가시키면서 시토신, 아데닌 및 구아닌의 고리 구조에 부착된 아민기와 반응한다. 포도주, 맥주, 과일주스 및 건조 과일 등에 가끔 넣는 첨가제인 중아황산염은 시토신의 탈아민화 반응을 또한 많이 증가시키지만, 퓨린 또는 5'-methylcytosine의 탈아민화 반응에는 영향을 미치지 않는다.