DNA损伤是复制过程中发生的DNA核苷酸序列永久性改变

学期作业 DNA 损伤与人类疾病 王晶晶 201100230158 临床七年制 1 班 一 什么是一 什么是 DNADNA 损伤损伤 DNA 损伤是复制过程中发生的 DNA 核苷酸序列永久性改变 并导致遗传特征改变的现象 情况分为 substitutation 替换 deletion 删除 insertion 插入 exon skipping 外 显子跳跃 二 二 DNADNA 损伤的原因损伤的原因 DNA 存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息 因此维护 DNA 分子的完整性对 细胞至关紧要 外界环境和生物体内部的因素都经常会导致 DNA 分子的损伤或 改变 而且与 RNA 及蛋白质可以在细胞内大量合成不同 一般在一个原核细胞 中只有一份 DNA 在真核二倍体细胞中相同的 DNA 也只有一对 如果 DNA 的损 伤或遗传信息的改变不能更正 对体细胞就可能影响其功能或生存 对生殖细 胞则可能影响到后代 所以在进化过程中生物细胞所获得的修复 DNA 损伤的能 力就显得十分重要 也是生物能保持遗传稳定性之所在 在细胞中能进行修复 的生物大分子也就只有 DNA 反映了 DNA 对生命的重要性 另一方面 在生物 进化中突变又是与遗传相对立统一而普遍存在的现象 DNA 分子的变化并不是 全部都能被修复成原样的 正因为如此生物才会有变异 有进化 1 1 物理因素引起的 物理因素引起的 DNADNA 损伤损伤 射线引起的 DNA 损伤是最引人注意的 紫外线引起的紫外线引起的 DNA 损伤损伤 DNA 分子损伤最早就是从研究紫外线的效应开始的 当 DNA 受到最易被其吸收波长 260nm 的紫外线照射时 主要是使同一条 DNA 链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体 相邻的两个 T 或两个 C 或 C 与 T 间都可以环丁基环 cyclobutane ring 连成二聚体 其 中最容易形成的是 TT 二聚体 人皮肤因受紫外线照射而形成二聚体的频率可达每小时 5 104 细胞 但只局限在皮肤中 因为紫外线不能穿透皮肤 但微生物受紫外线照射后 就会影响其生存 紫外线照射还能 引起 DNA 链断裂等损伤 电离辐射引起的电离辐射引起的 DNA 损伤损伤 电离辐射损伤 DNA 有直接和间接的效应 直接效应是 DNA 直接吸收射线能量而遭损伤 间接效应是指 DNA 周围其他分子 主要是水分子 吸收射线能量产生具有很高反应活性的 自由基进而损伤 DNA 电离辐射可导致 DNA 分子的多种变化 硷基变化 主要是由 OH 自由基引起 包括 DNA 链上的硷基氧化修饰 过氧化物的形成 硷基环的破坏和脱落等 一般嘧啶比嘌呤更敏感 脱氧核糖变化 脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与 OH 反应 导致脱氧核糖 分解 最后会引起 DNA 链断裂 DNA 链断裂 这是电离辐射引起的严重损伤事件 断链数随照射剂量而增加 射线的直 接和间接作用都可能使脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而致 DNA 链断裂 DNA 双链中一条 链断裂称单链断裂 single strand broken DNA 双链在同一处或相近处断裂称为双链断裂 double strand broken 虽然单断发生频率为双断的 10 20 倍 但还比较容易修复 对单 倍体细胞 如细菌 一次双断就是致死事件 交联 包括 DNA 链交联和 DNA 蛋白质交联 同一条 DNA 链上或两条 DNA 链上的硷基间 可以共价键结合 DNA 与蛋白质之间也会以共价键相连 组蛋白 染色质中的非组蛋白 调控蛋白 与复制和转录有关的酶都会与 DNA 共价键连接 这些交联是细胞受电离辐射后 在显微镜下看到的染色体畸变的分子基础 会影响细胞的功能和 DNA 复制 2 2 化学因素引起的 化学因素引起的 DNADNA 损伤损伤 化学因素对 DNA 损伤的认识最早来自对化学武器杀伤力的研究 以后对癌症化疗 化学致 癌作用的研究使人们更重视突变剂或致癌剂对 DNA 的作用 1 烷化剂对 DNA 的损伤 烷化剂是一类亲电子的化合物 很容易与生物体中大分子的亲核 位点起反应 烷化剂的作用可使 DNA 发生各种类型的损伤 碱基烷基化 烷化剂很容易将烷基加到 DNA 链中嘌呤或嘧啶的 N 或 O 上 其中鸟嘌呤 的 N7 和腺嘌呤的 N3 最容易受攻击 烷基化的嘌呤硷基配对会发生变化 例如鸟嘌呤 N7 被烷化后就不再与胞嘧啶配对 而改与胸腺嘧啶配对 结果会使 G C 转变成 A T 碱基脱落 烷化鸟嘌呤的糖苷键不稳定 容易脱落形成 DNA 上无硷基的位点 复制时 可以插入任何核苷酸 造成序列的改变 断链 DNA 链的磷酸二酯键上的氧也容易被烷化 结果形成不稳定的磷酸三酯键 易在 糖与磷酸间发生水解 使 DNA 链断裂 交联 烷化剂有两类 一类是单功能基烷化剂 如甲基甲烷碘酸 只能使一个位点烷基 化 另一类是双功能基烷化剂 化学武器如氮芥 硫芥等 一些抗癌药物如环磷酰胺 苯 丁酸氮芥 丝裂霉素等 某些致癌物如二乙基亚硝胺等均属此类 其两个功能基可同时使 两处烷基化 结果就能造成 DNA 链内 DNA 链间 以及 DNA 与蛋白质间的交联 2 碱基类似物 修饰剂对 DNA 的损伤 人工可以合成一些硷基类似物用作促突变剂或抗癌 药物 如 5 溴尿嘧啶 5 BU 5 氟尿嘧啶 5 FU 2 氨基腺嘌呤 2 AP 等 由于其结构 与正常的硷基相似 进入细胞能替代正常的硷基参入到 DNA 链中而干扰 DNA 复制合成 例如 5 BU 结构与胸腺嘧啶十分相近 在酮式结构时与 A 配对 却又更容易成为烯醇式结 构与 G 配对 在 DNA 复制时导致 A T 转换为 G C 还有一些人工合成或环境中存在的化学物质能专一修饰 DNA 链上的硷基或通过影响 DNA 复制而改变硷基序列 例如亚硝酸盐能使 C 脱氨变成 U 经过复制就可使 DNA 上的 G C 变 成 A T 对 羟胺能使 T 变成 C 结果是 A T 改成 C G 对 黄曲霉素 B 也能专一攻击 DNA 上 的硷基导致序列的变化 这些都是诱发突变的化学物质或致癌剂 三 三 DNADNA 损伤的后果损伤的后果 突变或诱变对生物可能产生 4 种后果 致死性 丧失某些功能 改变基因型 genotype 而不改变表现型 phenotye 发生了有利于物种生存的结果 使生物进化 四 最新研究发现四 最新研究发现 1 1 DNADNA 损伤与慢性肾病损伤与慢性肾病 通过外显子测序 Hildebrandt 及其同事在斑马鱼疾病模型中研究了神纤维化和肾消 耗病 nephronophthisis 检测到了慢性肾病 CKD 的一个新致病基因 FAN1 研究人员在斑马 鱼疾病模型中敲除 fan1 引起 DNA 损伤应答升高 凋亡现象和类似肾消耗症的肾囊肿 经过查找资料发现 此前认为与慢性肾病并不相关的 DNA 损伤应答 DDR 其实也是该疾 病的一个致病机制 DNA 损伤是各种化学物质一起作用的结果 了解基因毒性物质在慢性 肾病中的作用可能很重要 FAN1 蛋白具有核酸酶活性 在范可尼贫血症 DNA 损伤应答 DDR 的通路中能对 DNA 链间 交联 ICL 进行修复 研究人员发现 FAN1 范可尼贫血相关核酸酶 1 的突变会在慢性肾病 患者中引发巨核间质肾病 KIN karyomegalic interstitial nephritis 研究发现携带 FAN1 突变个体的细胞对 ICL 诱导剂丝裂霉素 C 敏感 但与范可尼贫血 症患者的细胞不同 这种细胞在二氧环丁烷处理后不会发生染色体断裂或细胞周期阻滞 野生型 FAN1 细胞对 ICL 诱导剂不敏感 但 cDNA 携带 FAN1 突变的 KIN 患者细胞对 ICL 诱导 剂敏感 研究人员在在斑马鱼中敲除 fan1 基因 导致 DNA 损伤应答增加 引发了凋亡现象 和肾囊肿 2 2 DNADNA 损伤与慢性阻塞性肺病损伤与慢性阻塞性肺病 研究过程 取 20 例吸烟的慢性阻塞性肺病患者 20 例健康吸烟者和 15 例健康无吸烟者的外周血 并分离淋巴