Genetické účinky UV záření Indukované mutace UV záření Jednotky dávky UV záření J/m^2 Dávka UV záření, která snižuje počet přežívajících buněk (lidských fibroblastů) na 1/100 činí: • ^40-50 J/m2 pro UV – C • ^60-80 J/m2 pro UV - B • 400 – 500 J/m2 pro UV - A Genetické důsledky UV záření • UV záření představuje neionizující typ záření !!! (molekula, která zachytila energii fotonu UV záření se dostává do excitovaného stavu) • UV záření indukuje tzv. fotoléze • existují tři hlavní mechanismy poškození DNA po účinku UV záření: • a) absorbce UV záření – vznik fotolézí • b) poškození DNA zprostředkovaná působením UV záření a fotosenzitivátorů (např. furokumariny) • c) působení reaktivních kyslíkových radikálů (ROS Typy poškození DNA po účinku UV záření • Cyklobutanové pyrimidinové diméry • 6´- 4´fotoprodukty • Monomerní poškození pyrimidinových bazí (cytosin hydrát, 8-hydroxydeoxyguanosin, tyminový glykol) • Zlomy v DNA, křížové vazby Cyklobutanové pyrimidinové diméry • CPD vznikají v důsledku absorbce UV DNA záření vazbami mezi 5,6 C • nejčastěji typu TT, méně TC a CC • jejich přítomnost porušuje sekundární strukturu DNA a replikaci • tvorba dimérů závisí na sekvenci okolních bazí v genomu (A-TT-A více CPD, A-TT-G méně CPD) Tvorba pyrimidinových dimérů v závislosti na obsahu párů bazí v genomu 6´- 4´fotoprodukty • druhý nejvýznamnější typ fotolézí • výskyt 3 až 5x nižší v porovnání s CPD • preferenčně mezi TC, méně častěji CC nebo TT • více indukovány UV-B složkou záření Další typy fotolézí indukované UV zářením • byly pozorovány při ozařování in vitro vysokými dávkami UV záření či za specifických podmínek ozařování • jejich úloha v UV indukované mutagenezi je minoritní • monomerní poškození pyrimidinových bazí – vznikají přidáním molekuly vody na vazbu C 5,6 – např. cytozin hydrát • tyminové glykoly, 8 -hydroxydeoxyguanosin – vznikají v důsledku působení reaktivních kyslíkových radikálů na báze • zlomy v DNA, křížové vazby DNA - proteiny Příklady minoritních typů fotolézí Fotoléze indukované fotosenzitivací • fotosenzitivátory – po absorbci fotonu UV záření se stávají reaktivními a a mohou reagovat s DNA (fotocykloadice) • furokumaríny – např. psoralen vytvářejí mono- či bi- addukty s DNA (tymin) • tvorba křížových vazeb, porucha replikace • terapeutické využití – léčba lupénky (angelicin, hematoporfyriny, promazin, metylénová modř, proflavin) Fotoléze – reparace DNA po účinku UV záření Sluneční světlo – přirozený zdroj UV záření Environmentální faktory ovlivňující intenzitu UV záření: - výška slunce na obloze - zeměpisná šířka - nadmořská výška (na každých 1000 m n.v. zvýšení intenzity o 10-12 %) - výskyt oblačnosti - odraz od Země (sníh – odráží 80% UV záření, písek – 15 %, moře -25 %) - ozonová vrstva Biologické účinky UV záření na člověka • příznivé účinky UV záření – tvorba vitamínu D, léčba některých chorob (lupénka, lupus vulgaris, některé ekzémy…) • nedostatek vitamínu D + vápníku – křivice (rachitis) Průchodnost atmosféry pro různé druhy UV záření • UV-C složka - je zcela pohlcována atmosférou [• ] UV-B složka - z 90 % pohlcována ozonem, vodními parami, 0[2] a CO[2 ]• UV – A složka – dopadá na povrch Země UV záření dopadající na povrch = UV-A + UV-B Distribuce ozonu v atmosféře Ozon - 0[3 ] Mechanismus destrukce ozonu Vznik ozonové díry UV záření – úbytek ozonu = zvýšený příliv UVB složky záření Biologické účinky UV záření na člověka • škodlivé účinky UV záření: - nádory kůže - předčasné stárnutí kůže - poškození očí - suprese imunitního systému Škodlivý účinek UV záření na člověka – poškození oči Poškození očí UV zářením – zánětlivé reakce: • fotokonjunktivitis (zánět spojivek) • fotokeratitis (extrémě „sněžná slepota“) • pterygium (poškození víčka) • katarakta – zákal oční čočky (maximum účinku záření 305 nm !!!) Propustnost UV - záření Škodlivý účinek UV záření na člověka – poškození kůže Sluneční záření vyvolává akutní a chronické reakce na kůži – epidemiologicky prokázán vztah mezi stárnutím kůže, benigními i maligními nádory kůže a opakovanou expozicí UV záření (UV–B a UV-A) Důsledky působení UV záření na organismus: • Tvorba fotoproduktů a reaktivních kyslíkových radikálů • Deregulace genové exprese • Potlačení přirozené imunity Působení UV záření na kůži Tvorba fotoproduktů a reaktivních kyslíkových radikálů v buňkách UV-B složka • CPD – 60 min expozice slunečnímu záření v létě v poledne indukuje v jediné v lidské buňce epidermis asi 100 000 CPD • nejvíce mutagenní CPD typu TC, CC (polymeráza preferenčně zařazuje A oproti non-instruktivním lézím v DNA, TT proto nejsou tak nebezpečné) • 6´- 4´ fotoprodukty vznikají v menší míře, ale jsou rychle opravovány (chybná oprava může vést k mutacím) UV-A složka • poškození DNA v lidských buňkách vyvolané reaktivními kyslíkovými radikály: 8-hydroxydeoxyguanosin Nádory kůže indukované UV zářením - epidemiologie • Podle údajů WHO se ve světě vyskytne ročně vyskytne nových 132 000 případů maligního melanomu a více než dva milióny jiných typů nádorů kůže • Ročně zemře 66 000 lidí na nádory kůže • Počítačové modely predikují, že každé snížení stratosferického ozonu o 10 % má za následek nárůst o 45 000 melanomů, 300 000 jiných nádorů kůže a o 1,75 milónu více případů katarakty Poškození kůže indukované UV zářením Keratom, spinocelulární karcinom, bazicelulární karcinom Nádory indukované UV zářením Maligní melanom Jak rozpoznat maligní melanom • ABCDE • A – asymetrie • B – border (ohraničení) • C – colour (barva) • D – diameter (průměr) 5 mm a více • E – elevace (vyvýšení) Xeroderma pigmentosum (nadměrná citlivost k UV záření - porucha reparace poškození DNA) Prevence vzniku nádorů kůže (antimutagenní působení) • konzumace zeleného čaje (vysoký obsah polyfenolů – antioxidanty např. epigalokatechin a dalších) • dostatek přípravků s beta-karotenem, vitaminem C (antioxidanty) • v případě spálení kůže – první pomoc – olivový olej „extra virgin“ – obsahuje fenolové sloučeniny blokující činnost ROS Ochrana před účinky UV záření (doporučení WHO) • omezit pobyt na slunci mezi 10 – 16 hod. • sledovat hodnotu UV indexu • zdržovat se ve stínu (slunečníky nemusí vždy poskytovat kompletní ochranu) • nosit ochranný oděv + brýle (100% pohlcování UVA a UVB záření) • používat ochranné krémy s faktorem 15 a výše • Ochrana dětí před spálením !!! UV - index • UV-Index: Co to je ?? • UV-index je mezinárodně standardizovaná bezrozměrná veličina charakterizující úroveň erytemového slunečního ultrafialového záření dopadající na zemský povrch, vyjadřující biologický efekt na lidské zdraví. Používá se k informovanosti obyvatelstva o možném negativním vlivu UV záření na lidský organismus. UV-index je definován na horizontální povrch. Obyvatelstvo je informováno nejen o očekávané maximální hodnotě UV-indexu, ale také o tzv. "celkové době pobytu na slunci", bez použití ochranných prostředků, po jejichž uplynutí již začne lidská pokožka začíná vytvářet erytém, tj dochází k rudnutí až hnědnutí kůže. Tyto hodnoty jsou vypočítány v minutách pro polední období pro dva základní kožní fototypy, definované jako: • Fototyp: I. ......vždy rudne, nikdy nezhnědne • Fototyp: II. .....obvykle rudne a málo hnědne • Fototyp: III .....vždy hnědne a někdy rudne • Fototyp: IV .....vždy hnědne a nikdy nerudne • V některých situacích je třeba upozornit na možnost vyšších hodnot UV-Indexu a tím i kratších dob oslunění. Typickým příkladem je pobyt na sněhové pokrývce v jarních měsících, kdy odraz od sněhu může zvýšit intenzitu až o 60-80% a tím zkrátit uvedené doby oslunění o 30-40%. • Schopností UV záření je rozkládat makromolekulární látky a v důsledku toho poškozovat rostlinné a živočišné buněčné struktury včetně nosičů genetických informací DNK a RNK. UV záření může na lidské pokožce vyvolávat řadu chemických a biologických reakcí, které se v závislosti na celkové absorbované dávce UV záření projevují různým stupněm zánětu pokožky od tvorby erytému (zrudnutí), přes vznik puchýřů až k nekróze tkáně. • V naší geografické oblasti se UV-index pohybuje v rozmezí od 0 do 9, v tropickém pásu může dosáhnout až 15, nebo 16. Všeobecně se dá říci, že čím výše je Slunce nad obzorem (za jasného počasí), tím větší je UV-index. Čím větší UV-Index tím větší dávka UV záření. • Hodnota UV-Indexu je daná intenzitou dopadajícího UV záření. Za určitý časový interval kůže absorbuje takové množství UV radiace, které překročí hodnotu minimální erytémové dávky (1 MED) a začne se v ní tvořit erytém - kůže se opaluje. Hodnoty UV indexu UV index on line • http://www.chmi.cz/meteo/ozon/UV_online.html UV záření a solária • World Health Organization recommends that no person under 18 should use a sunbed • Corbis/RDB • Stricter controls are needed on sunbed use • 17 MARCH 2005 | GENEVA -- Today, the World Health Organization (WHO) is highlighting that sunbed use poses a risk of skin cancer, and that no person under 18 years of age should use a sunbed. It is known that young people who get burnt from exposure to UV will have a greater risk of developing melanoma later in life, and recent studies demonstrate the direct link between the use of sunbeds and cancer. Vliv UV záření na rostliny Příklad Nemoc Xeroderma pigmentosum může být vyvolána mutacemi v některém ze 7 genů kódujících mechanismus nukleotidové excizní reparace (NER). Jak byste dokázali, že dva podobné mutantní fenotypy jsou způsobeny mutacemi ve dvou odlišných genech, nebo že se jedná o dvě mutace v témže genu?