Пиримидиновый димер — дефект ДНК, возникающий в результате образования ковалентной связи между двумя соседними пиримидиновыми основаниями (тимином или цитозином) под действием ультрафиолетовых лучей[1][2]. Ультрафиолетовые лучи вызывают разрыв двойной связи и образование в этом месте ковалентной связи между двумя нуклеотидами[3]. Образование димера приводит к нарушению транскрипции ДНК на данном участке и возникновению мутаций. Образование димеров является главной причиной возникновения меланомы у человека.
В результате реакции возникает либо циклобутановый димер, либо пиримидин-(6,4)-пиримидиновые фотопродукты. Основу циклобутанового димера составляет четырёхуглеродное кольцо, возникающее на месте разрыва двух двойных связей соседних пиримидиновых оснований[4][5][6]. 6,4-фотопродукты, составляют в среднем треть от количества циклобутановых димеров, однако более мутагенны[7].
Пиримидиновые димеры часто вызывают мутации при репликации, репарации или транскрипции ДНК как у прокариотов, так и у эукариотов. Как тиминовые, так и цитозиновые димеры, и димеры тимин — цитозин могут вызывать мутации. Цитозиновые димеры чаще приводят к мутациям, чем тиминовые димеры, а горячие пятна ультрафиолетового мутагенеза чаще всего совпадают с димерами тимин — цитозин, но ими могут быть и цитозиновые димеры[9]. Механизмы образования мутаций, вызванных пиримидиновыми димерами, были разработаны в рамках полимеразной и полимеразно-таутомерной моделей ультрафиолетового мутагенеза. В полимеразной модели предполагается, что единственной причиной мутагенеза являются случайные ошибки ДНК-полимераз, ферментов, встраивающих основания напротив матричных оснований[10]. Полимеразно-таутомерная модель ультрафиолетового мутагенеза основана на том факте, что при образовании димеров может изменяться таутомерное состояние входящих в них оснований[11]. Показано, что некоторые из редких таутомерных состояний могут приводить к мишенным мутациям замены оснований в процессах репликации или репарации[12]. Существуют модели, основанные на дезаминировании цитозина. Димеры, включающие цитозин, склонны к деаминированию, включая замену цитозина на тимин[13].
Пиримидиновые димеры вызывают локальные конформационные нарушения в структуре ДНК, позволяющие ферментам репарации распознавать дефект[14]. У большинства организмов (исключая плацентарных млекопитающих, к которым относится человек) они могут восстанавливаться за счёт фотореактивации[15].Фотореактивация — это процесс, в котором фермент ДНК-фотолиаза напрямую восстанавливает димер за счёт фотохимической реакции. Дефекты ДНК обнаруживаются этим ферментом, после чего в результате поглощения кванта света с длиной волны более 300 нм ковалентная связь между основаниями разрывается, восстанавливая цепочку ДНК до первоначального состояния[16].