Krem przeciwsłoneczny, który naprawia uszkodzone DNA: marzenia czy przyszłość?

Mechanizm działania fotoliazy, enzymu, który wiąże DNA, został w końcu zrozumiany przez naukowców: wystarczy mu kilka nanosekund, aby uniknąć raka skóry. Czy więc fotoliaza, zawarta w kremach przeciwsłonecznych, będzie zarazem chronić i naprawiać uszkodzenia DNA, wywołane przez promienie słoneczne? Czy wkrótce zobaczymy także plaże bez parasoli?

Wszyscy to wiedzą: promienie słoneczne są szkodliwe dla skóry. Słońce ma działanie mutagenne na DNA w komórkach, które mogą obumrzeć, bądź przekształcić się w komórki rakowe, prowadząc do rozwoju raka skóry, czerniaka złośliwego, na przykład. Rola ekranu ochronnego kremów przeciwłonecznych pozwala na użwywanie go w celu przeciwdziałania tym problemom, powodując odbijanie promieni słonecznych. Ale w przypadku zapomnienia o kremie, albo zbyt długiego przebywania na słońcu, uszkodzenia są już dokonane i w dodatku są one nieodwracalne. Kremy służą tylko ochronie, one nie leczą ani nie naprawiają uszkodzeń. Ale to być może wkrótce się zmieni!

Ponieważ enzym, który naprawia DNA uszkodzone przez promienie słoneczne istnieje naprawdę, ale niestety, człowiek na nieszczęście jest go pozbawiony. Fotoliaza, tak się ten enzym nazywa, jest zresztą nieobecna w genomach wszystkich ssaków, ale można ją odnaleźć u wielu innych zwierząt, a także bakterii, a nawet w roślinach. To właśnie w ten sposób te organizmy żywe mogą się chronić przeciwko agresji promieni ultrafioletowych. Jest to błogosławieństwo szczególnie dla tych organizmów, które są unieruchomione i nie mogą się schronić przed słońcem uciekając do cienia.

Enzym ten jest znany do dawna, ale jego sposób działania nie był jeszcze zdefiniowany. Naukowcy wiedzieli jednak, że fotoliaza jest zdolna do naprawy DNA zmodyfikowanego przez promienie ultrafioletowe: dwie bazy pirymidynowe DNA, usytuowane jedna obok drugiej, aktywowane przez promnienie UV, tworzą dodatkowe połączenia chemiczne, nazywanie 6-4PP. Ta modyfikacja we fragmencie DNA jest bardzo często szkodliwa, ponieważ przeszkadza ona w czytaniu DNA przez enzymy, na przykład podczas transkrypcji RNA, albo podczas replikowania fragmentu DNA w trakcie namnażania komórkowego.

Fotoliaza była znana z tego, że reperuje DNA, usuwając te nowe patogenne połączenia chemiczne. Fizycy próbują od dawna zrozumieć jak ten enzym funkcjonuje na poziomie atomów. Używając technologii spektroskopii ultraszybkiej do zbadania DNA, poddanego działaniu promieni UV, a następnie poddanego działaniu fotoliazy, badacze z Uniwesytetu Stanowego w Ohio wiedzą teraz na ten temat nieco więcej. Otrzymane w ten sposób, w przebiegu spektroskopii, zdjęcia, pokazują następowanie po sobie reakcji chemicznych kompleksowych, bardzo precyzyjnych i bardzo szybkich. Zdjęcia można zobaczyć w dzienniku Nature.

Fotoliaza, która jest flawoproteiną, potrzebuje obecności współczynnika, flawiny. Poruszana przez błękitne światło flawina, wywołuje transfer elektronu w kierunku połączenia 6-4PP w 225 pikosekund, elektronu, który powraca następnie w kierunku enzymu w 50 pikosekund. Strona aktywna, zawierająca aminokwas histydynowy, wysyła z kolei w 425 pikosekund proton katalityczny w stronę połączenia 6-4PP, wcześniej uruchomionego przez transfer elektronu. Zniszczenie więc połączenia 6-4PP jest dokonane w ciągu jednej dziesiątki nanosekund. A potem nie ma już ani jednego śladu po żadnym uszkodzeniu DNA!

Tak więc enzym fotoliaza reperuje elekron i proton, a zatem jest gotowy do zrobienia nowego cyklu reparacyjnego DNA, jak tylko skończy jedną naprawę.

Jeśli laboratoriom farmaceutycznym uda się zachować aktywną fotoliazę w kosmetykach, balsamach i kremach przeciwsłonecznych, i która będzie w dodatku zdolna do penetracji komórek w celu naprawy DNA, wszystkie rodzaje raka skóry mogą po prostu zniknąć. Ale na razie nic nie jest mniej pewne.