Загар — реакция организма на повреждение ДНК

Бытует миф, что загорать полезно. Однако, мало кто знает, что загар — это ничто иное как защитная реакция организма в ответ на повреждения ДНК от ультрафиолета. Именно в ответ на появление специфичных обломков ДНК, являющихся “визитной карточкой” ультрафиолетовых повреждений, меланоциты (те самые клетки, из которых может развиться меланома) начинают вырабатывать больше меланина. Что такое меланин, думаю, многие знают — это тот пигмент, от концентрации которого зависит оттенок кожи и волос. В коже он выполняет роль тонировки, буквально принимая огонь на себя дабы уберечь от высокочастотных фотонов нашу ДНК.

Ученые подразделяют спектр УФ (UV) на 3 категории: A, B и C. Что же происходит, когда фотон УФ попадает по нашей ДНК? Происходит формирование т.н. пиримидиновых димеров — это когда одна из “букв ДНК”, вдохновившись приливом сил от фотона, решает упрочнить отношения с соседом-близнецом и вступает с ним в ковалентную связь. Такая связь может возникнуть между двумя тиминами или двумя цитозинами в ДНК или двумя урацилами в РНК:

То, что это не есть хорошо для наших клеток, думаю, понятно и так. С солнцем жизнь на этой планете знакома давно, поэтому детектировать и чинить такие его проказы она умеет. Большинство живых организмов умеют просто “раздимеривать” эти димеры. Такой процесс называется фотореактивацией и есть целый класс ферментов на это заточенных.

Людям же приходится прибегать к хирургическому вмешательству: специальные ферменты вырезают куски ДНК с вредными димерами, и восстанавливают вырезанный фрагмент используя комплементарную нить ДНК. Благо нитей в ДНК две (бэкап — наше всё), и каждому пиримидиновому основанию (C или T) в комплементарной нити соответствует основание НЕ пиримидиновое (а пуриновое, если кому из юных химиков интересно, то есть G или A), и таким образом не подверженное димеризации от УФ.

Стоит оговориться, что эффективность этого репарационного процесса значимо падает с возрастом, поэтому, чем старше мы становимся, тем опасней для нас становится УФ. Хотя с возрастом вообще все системы работают хуже и хуже. Программа, сэр. Но это не повод подвергать себя повышенному риску рака, жарясь на солнце в преклонном возрасте.

Вернёмся к нашим хирургически удалённым из ДНК димерам. Потому что именно они заставляют наши меланоциты вырабатывать меланин — тот самый пигмент, который окрашивает загоревшую кожу в бронзовый цвет. Это было установлено экспериментальным путём в серии исследований, венцом которых было введение этих самых димеров в кожу морских свинок, что вызывало у последних загар (фото (а) внизу, места уколов 4—6). Вдохновившись этими результатами, авторы работы даже предложили выпускать крем с такими димерами в качестве автозагара. И правда, если так хочется бронзовой кожи, зачем ждать повреждений ДНК для её появления, если можно активировать механизм тонировки без них?

Кстати, сам процесс тонировки кожи весьма интересен. Меланоциты сидят довольно глубоко, на самом “дне” эпидермиса, а вырабатываемый ими меланин в специальных “контейнерах” поднимается в верхние слои кожи, где он встраивается в кожные клетки (кератиноциты), причём не абы как, а формируя эдакую анти-сферу Дайсона вокруг их ядра. Ведь именно в ядрах живёт ДНК, которую меланин и призван защитить, поглощая направляющиеся к ней залётные фотоны.

Самое тревожное, что в центре механизма между появлением пиримидиновых димеров и повышением выработки меланина стоит противораковый “страж генома”, белок p53. Вот схема всего каскада, показывающая как повреждения ДНК от УФ в клетках кожи активируют транскрипцию прогормона проопиомеланокортина (POMC на графике ниже), который далее через альфа-меланоцитстимулирующий гормон заставляет меланоциты вырабатывать больше меланина.

Кстати, именно p53 решает — пытаться чинить поломки ДНК в клетке или отправить её в мир иной, то есть в апоптоз. И миллиарды клеток в результате сильного загара туда оправляются: ровно эта участь является причиной облезающей после загара кожи. Облезание, правда, это уже заключительная часть марлезонского балета. Первая же реакция на чрезмерную дозу УФ-облучения — это активный воспалительный процесс, начинающийся буквально через минуты после иррадиации:

Эритема, индекс которой приведён на диаграмме выше,— это покраснение кожи, всем известный маркер воспаления. Поэтому то, что при “сгорании” (или “солнечном ожоге”, если по-научному) вы красны как рак означает, что у вас начался активный воспалительный процесс. Через несколько часов после его начала поднимется концентрация простогландинов и других провоспалительных цитокинов, и кожа начнёт болеть.