У меланина, который защищает нас от ультрафиолета, нашли в буквальном смысле «тёмную сторону». Оказалось, что молекулы пигмента могут впитывать энергию УФ-излучения и повреждать клеточную ДНК в то время, когда мы уже давно ушли с солнца в тень.
Ультрафиолет опасен тем, что вызывает мутации в ДНК, сшивая прочной химической ковалентной связью находящиеся рядом нуклеотидные «буквы» генетического кода. Происходит так не со всякими нуклеотидами, а только с двумя из четырёх, тимином и цитозином, но этого вполне достаточно для весьма неприятных последствий. Молекулы, ремонтирующие (репарирующие) ДНК, могут вырезать и восстановить повреждённый участок, но бывает так, что в процессе репликации (синтеза новой ДНК), транскрипции (синтеза РНК на ДНК) или той же репарации на месте сшитых нуклеотидов возникает мутация – замещение их на неправильные «нуклеотидные» буквы. Как следствие, развивается рак. Собственно, именно образование димеров – сшитых нуклеотидных пар – считается главной причиной возникновения меланомных опухолей.
Казалось бы, нужно только спрятаться от УФ-излучения (или покрыть себя солнцезащитным кремом), чтобы опасность миновала. Однако не всё так просто. Исследователи из Йельского университета обнаружили странную вещь: оказалось, что в мышиных меланоцитах характерные повреждения ДНК возникают даже спустя несколько часов после облучения. Необходимо подчеркнуть, что речь идёт не об отдалённых вторичных последствиях, а о химическом превращении, которое вызывает сам ультрафиолет. То есть излучения нет, а реакция, инициируемая им, продолжается.
Эксперименты привели Дугласа Брэша (Douglas Brash) и его коллег к меланину, тому самому пигменту, чья задача – поглощать УФ-лучи. Именно от него, как выяснилось, зависит «теневое» образование сшитых пар нуклеотидов. Причём такая реакция имеет место не только в меланоцитах, которые синтезируют пигмент, но и в кератиноцитах, которые составляют основную массу эпидермиса кожи и которые получают пигмент от меланоцитов. В статье в Science авторы пишут, что оба вида меланина, и эумеланин (коричневый), и феомеланин (жёлтый), провоцировали сшивки нуклеотидов, причём жёлтый меланин повреждал ДНК сильнее. Светлая форма пигмента доминирует у рыжеволосых людей (меланин окрашивает не только кожу, но и волосы, и радужную оболочку глаза), которые по статистике более подвержены раку кожи. О том же говорят и опыты с мышами, чьи клетки синтезировали преимущественно жёлтый меланин – и вот теперь этому факту нашлось молекулярное объяснение.
Меланин действует не в одиночку. Солнечный свет, долетающий до земной поверхности, несёт в себе УФ-излучение, которое можно разделить на длинноволновое и средневолновое (или ультрафиолет типа А и типа В). И то, и другое стимулирует ферменты, производящие свободные кислородные и азотные радикалы – молекулы, отличающиеся высокой реакционной способностью, которые химическим путём переводят меланин в возбуждённое состояние. По сути, энергия фотона ультрафиолета переходит в молекулу пигмента в темновом процессе, и теперь этот накачанный энергией меланин может пойти в ядро и сшить нуклеотиды в ДНК, спровоцировав мутацию.
Результаты, полученные в экспериментах на мышах, подтвердились в опытах на культуре меланоцитов человека. Образно говоря, свободные радикалы и меланин создают запас опасной энергии ультрафиолета в коже, так что его действие продолжается даже тогда, когда вы ушли с открытого солнца. Выходит, что тот пигмент, который защищает нас от ультрафиолета, в то же время способствует повреждению ДНК.
На самом деле, первые данные о том, что характерные нуклеотидные сшивки в ДНК образуются даже в отсутствие УФ-излучения, были получены ещё в 1971 году. Но впоследствии все так увлеклись прямым воздействием ультрафиолета, что про «теневой» эффект немного забыли. Так что, наверно, более справедливо было бы говорить, что новые эксперименты не столько открыли этот феномен, сколько нашли ему более-менее детальное объяснение. Меланомы относятся к наиболее агрессивным видам опухолей, и хотелось бы надеяться, что в ближайшем будущем удастся найти способ обезвреживать высокоактивный пигмент или предотвращать его появление. Возможно, придётся ещё раз обратиться к старым добрым антиоксидантам – ведь, как было сказано, кислородные радикалы играют не последнюю роль в активизации меланина.
Автор: Кирилл Стасевич