基础分子生物学重组与修复.ppt

Chapter 15,RECOMBINATION AND REPAIR 重组与修复,15.1 Introduction 引言,同源重组（Homologous recombination）涉及两条携带同样遗传位点的染色体间的DNA序列交换。 位点特异性重组（Site-specific recombination）发生在两个特异序列之间。 转座（Transposition）指的是转座子移到基因组的新位点。 拷贝选择（Copy choice）是一种RNA病毒使用的重组。,同源重组可能发生在两条同源DNA的任意位点上.,位点专一性重组发生在两条特定的序列(绿色), 两条重组DNA的其他序列则是不同源的.,位点专一性重组能使二聚体环状DNA分子产生两个单体环状DNA分子.,15.2 Homologous recombination occurs between synapsed chromosomes. 联会染色体之间的同源重组.,染色体必须联会形成交叉才能使同源染色体发生交换. 减数分裂的不同阶段与发生于DNA上的分子事件密切相关.,重组发生在第一个减数分裂的前期. 尽管复制状态只在末期变得可见, 但染色体的出现也标志着前期的开始, 这时每条染色体含两份拷贝(姐妹染色体), 并且任何交换事件的分子水平的相互作用仅发生在4条染色体中的两条.,细线期,偶线期,粗线期,双线期,终变期,15.3 Breakage and reunion involves heteroduplex DNA. 断裂与重连涉及异源双链体DNA.,两条双链体DNA分子间的重组关键是单链的交换. 当双链体DNA的单链与相对应的另一双链体中的单链发生置换时, 会产生一个分叉结构. 交换产生异源双链体DNA片段, 两条单链分别来自父本和母本.,联合分子可以通过切开相接的链从而形成两条分开的双链体分子. 重组体是否形成取决于参与原来交换的链, 或另一对链在解离过程中是否被切开.,两条配对双链体DNA的重组包括相互的单链交换,分叉迁移和缺口的切出.,根据链被切出缺口的位置, Holliday结构的结果可产生亲本双链体或重组双链体. 两种类型的产物都有一段异源双链体DNA.,15.4 Double-strand breaks initiate recombination. 双链断裂引发重组.,DNA(受体)双链体的双链断裂引发重组. 核酸外切酶作用产生3单链末端, 它能进一步攻击其他(供体)双链体. 新合成的DNA代替被降解的物质. 这产生一个重组的联合分子, 其中两个DNA双链体由异源双链体DNA连接而成.,重组由双链断裂启动, 然后产生3单链末端, 其中的一个移到同源双链体上.,15.8 The bacterial RecBCD system is stimulated by chi sequences. chi位点激活细菌的RecBCD系统.,RecBCD复合体有核酸酶与解旋酶的活性. 它结合到DNA的chi位点下游, 解开双链体, 从3端到5端降解一条链直到chi位点为止. chi位点引发RecD亚基的丢失以及核酸酶活性.,RecBCD核酸酶从一边开始向chi位点前进, 当它前进时，它降解DNA；在chi位点，它进行核酸酶内切, 而后失去RecD, 并只保留解旋酶活性.,15.9 Strand-transfer proteins catalyze single-strand assimilation. 链转移蛋白催化单链同化.,RecA与单链或双链DNA形成微丝, 催化含3端游离的单链DNA与DNA双链体上的对应区段发生置换.,在部分双链体分子和完整双链体DNA分子之间, RecA介导链的交换, 它产生了与重组中间体的结构一样的联合分子.,15.10 The Ruv system resolves Holliday junctions. Ruv系统解开Holliday连接点.,Ruv复合体作用于重组接点. RuvA识别重组接点, 而RuvB是一个催化分叉迁移的解旋酶. RuvC切割重组接点, 产生重组中间体.,15.16 Specialized recombination involves specific sites.专一性重组涉及特异位点.,专一性重组在特异位点进行, 但位点不一定是同源的. 噬菌体通过噬菌体位点和大肠杆菌染色体上att位点的重组整合到细菌染色体上. 通过线性前噬菌体末端位点之间的重组使得噬菌体从细菌染色体上外切出来. 噬菌体的int编码整合酶来催化整合反应.,通过在attB和attP之间的相互重组, 噬菌体环状DNA转变成线性的前噬菌体; 而通过在attL和attR之间的相互重组, 前噬菌体能被外切出来.,15.17 Site-specific recombination involves breakage and reunion. 位点专一性重组涉及断裂和重连.,attB和attP产生7个bp交错的切口, 末端以十字架状连接.,attB和attP的共同核心序列的交叉切割允许十字架状的连接, 使相互之间能产生重组连接点.,15.19 Lambda recombination occurs in an intasome. 噬菌体重组发生在整合体中.,噬菌体整合发生在一个包含宿主蛋白IHF的大复合体中. 切割反应需要Int和Xis, 并且需识别前噬菌体DNA末端作为底物.,Int和Xis结合到attP的不同位点, 在核心区域的Int识别位点包括被切割位点.,Cre Recombinase,P1 Phage,15.20 Repair systems correct damage to DNA. 修复系统校正DNA损伤.,修复系统识别与标准碱基对不一致的DNA序列. 外切系统把DNA链从损伤位点移去, 然后替换它. 重组修复系统利用重组来替换损伤的双链体区域. 所有这些系统在修复过程中易于引入错误. 光激活是一种非突变性修复系统, 特异性地作用于嘧啶二聚体.,胞嘧啶脱氨形成U-G碱基配对, 尿嘧啶将优先从错配碱基中去除.,复制错误产生错配碱基对, 通过代替一个碱基, 这个错配碱基对就能被校正. 如果不能被校正, 那么突变就会存在于子代双链体中.,紫外线照射在两个相邻胸腺嘧啶之间形成二聚体, 它抑制复制和转录.,碱基的甲基化扭曲了双链螺旋结构, 引起复制时的错配.,去嘌呤化将碱基从DNA中去除.,修复基因可被归为不同的通路, 它们分别运用不同的机制逆转或绕过DNA损伤.,补充: 大肠杆菌中的碱基切除修复系统.,利用合适的糖基化酶去除不正确的碱基, 产生一个无碱基位点(AP位点). AP 内切酶在AP位点上游切割受损DNA, 这样形成一个靠近AP位点的3-OH 端. DNA聚合酶延伸3-OH 端, 同时切除AP位点.,大肠杆菌中的碱基切除修复,15.21 Excision repair systems in E. coli (Nucleotide Excision Repair ). 大肠杆菌中的外切修复系统(核苷酸切除修复).,Uvr系统在距离损伤DNA两侧约12bp处插入, 移去插入点之间的DNA序列, 并重新合成新的DNA.,外切-修复系统去除和替代一段含有损伤碱基的DNA.,Uvr系统作用的不同阶段, UvrAB复合物识别损伤部位; UvrBC复合物切开一个缺口; UvrD解开标记的区域.,15.24 Error-prone repair and mutator phenotypes. 错误倾向性修复和增变体表型.,若损伤DNA未被修复会导致DNA聚合酶III在复制过程中停止. DNA聚合酶V或DNA聚合酶IV能够合成一条损伤链的补偿链. 修复性DNA聚合酶合成的DNA常常含有错误序列.,15.25 Controlling the direction of mismatch repair. 控制错配修复的方向.,mut基因编码处理错配碱基对的错配修复系统. 选择哪一条链进行修复是有倾向性的. 在半甲基化的 处, 缺少甲基化的链常常被置换. 这用于切除新合成链中的错误.,GATC CTAG,在复制后, GATC序列是Dam甲基化酶的靶标, 非甲基化链是错配碱基修复的靶标.,MutS识别错配碱基, 并转位到GATC序列; 在GATC序列, MutH切割未甲基化的链, 最后, 核酸内切酶切除GATC位点到错配位点间的片段.,15.26 Recombination-repair systems in E. coli. 大肠杆菌中的重组修复系统.,大肠杆菌的rec基因编码主要的重组修复系统. 复制在新合成链中留下一个对应于损伤序列的缺口时, 此系统起作用. 另一条双链体中的单链被用来置换缺口. 然后损伤的序列被切除并重新合成.,如果此链有无法修补的损伤位点, 大肠杆菌修补系统将会用正常的DNA链替代留在新合成链中的间隙.,15.28 RecA triggers the SOS system. RecA引发SOS系统.,DNA损伤导致RecA引发SOS应答途径, 这条途径由许多编码修复酶的基因组成. RecA能激活LexA的自我切割活性. LexA抑制SOS系统; 它的自我切割激活那些基因.,LexA蛋白能抑制许多基因的表达, 包括起修复作用的recA和lexA, RecA的激活引