F_DNA 损伤、修复和重组

1、DNA损伤、修复和重组 1突变和突变发生 （mutation and mutagenesis)DNA损伤（DNA damage）DNA修复（DNA repair）重组（recombination）2突变概念 突变（mutation） DNA分子碱基序列的可遗传改变 突变体（mutant） 与野生型（+）相对 突变剂（mutagen） 突变发生（mutagenesis） 自发突变（spontaneous mutation） 诱发突变（induced mutation） 31. DNA碱基序列改变的多少 单点突变（point mutation） 碱基替换（base substitution） 转换

2、（transition） A-T G-C 颠换（transversion）A-T T-A 碱基增加（base addition） 碱基删除（base deletion） 多点突变（multiple mutation）突变类型42. 对遗传信息的改变 无声突变（silent mutation） GAG (Glu) GAA (Glu) 中性突变（neutral mutation） GAG (Glu) GAC/U (Asp) 错义突变（missense mutation） GAG (Glu) AAG (Lys) 无义突变（nonsense mutation, Chain termination mu

3、tation） GAG (Glu) UAG (Stop) 5渗漏突变（Leaky mutation） 人的蚕豆病（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）移框突变（frameshift mutation）3. 对外界环境的敏感性 非条件突变（nonconditional mutation） 条件突变（conditional mutation） 温度敏感型突变 (ts mutant,temperature-sensitive)61. 根据错误碱基的产生方式 直接诱变 (direct mutagenesis) 错配碱基没有被DNA修复系统去除 如：5-BU 间接诱变 (indirect mutagenesis)

4、转移损伤DNA合成 （translesion DNA synthesis） 在下一轮复制： 模板链可以修复/子链产生突变 定向的（targetted）/非定向的（untargetted） SOS修复系统（原核生物） DNA聚合酶（真核生物 ）突变发生类型7 2. 根据是否有突变剂的参与突变发生突变发生类型自发突变（spontaneous mutation） 1. 碱基错配错配修复(mismatch repair) 2. 碱基互变异构： 亚氨基A*- C, C*-A；烯醇式T*- G, G*-T 3. 脱嘌呤(depurination)AP endonucleases 4. 脱氨基(deamin

5、ation) CU / 尿嘧啶-N-葡糖基酶 (100C/genome/day/human cell) 突变热点（Hot spots） C MeC (4% ) G - C G - T (MeC deamination) 不能被mismatch repair修复诱发突变（induced mutation） 8物理突变剂 高能离子辐射（X射线，射线） 失去电子 打断双链 破坏碱基和糖基 非离子辐射 形成新化学骨架 紫外线 嘧啶二聚体 突变剂9ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*化学突变剂 1. 碱基类似物 5-溴尿嘧啶（BU）102.亚硝酸（HNO2） CU， 与A配对，GC AT

6、AH (次黄嘌呤), 与C配对，AT GC GX (黄嘌呤), 与C配对，不引起突变3.羟氨 (HA) C N-4-羟-C, 与A配对, GC AT 11 5.嵌合剂 吖啶橙、原黄素、吖黄素等吖啶类染料 嵌合到DNA碱基对之间 base addition /deletion / frameshift mutation4. 烷基化试剂 甲基甲磺酸（MMS）/乙基亚硝基脲（ENU） 硫酸二甲酯 / 甲磺酸乙酯（EMS）/乙磺酸乙酯（NNG） GO6-alkyl-G, 与T配对, GC AT TO4-alkyl-T, 与G配对, AT GC12自发损伤: 脱氨基/ 脱嘌呤外源损伤: 1. 氧化损伤

7、(需氧细胞) 活性氧：超氧化物，过氧化氢和羟自由基（OH） 8-氧鸟嘌呤，2-氧腺嘌呤，5-甲酰尿嘧啶 2. 烷基化损伤 影响DNA复制和转录时的解旋 多数是间接诱变 3. 加成损伤 嘧啶二聚体 苯并芘（肝脏细胞色素P-450） 双环氧物-G 芳基化试剂 黄曲霉毒素B1（肝致癌剂） DNA损伤（DNA damage）131. 复制修复 尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase） 错配修复（mismatch repair） 2. 损伤修复 光复活（photoreactivation） 暗修复 切除修复（excision repair） 重组修复（recombinational

8、repair） SOS修复（SOS response） 烷基转移酶修复（alkyltransferase） DNA修复（DNA repair）14尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase） 尿嘧啶-N-糖基酶，AP内切核酸酶， Pol I，DNA连接酶 AGTGACTTAGTCACTGAATCAGTGACTTAGTCAUTGAATCAGTGACTTAGTCA TGAATCAGTGACTTAGTCA TGAATCAGTGACTTAGTCACTGAATCuracil-N-glycosylaseAP内切核酸酶Pol ITGADNA连接酶脱氨基U15错配修复（mismatch rep

9、air）GATCCTAGCTAGGATC*TGGATCCTAGCTAGGATC*TGCTAGAGTCGATC*TGGA*CTTGATC*GATC*CTAGTGATC*GATC*CTAG错配矫正酶 （MutL, MutS +内切核酸酶 MutH)nickPol I，DNA连接酶CTAG16光复活（photoreactivation）可见光（300600nm） 光解酶（PR酶） 两个生色团： N5，N10-次甲基四氢叶酸和FADH（E.coli）对环丁烷嘧啶二聚体（UV）作用切断嘧啶二聚体的化学键 Error-freeTTTT17烷基转移酶修复（alkyltransferase） 去除 O6-甲基

10、鸟嘌呤的甲基 只能用一次 其他烷基化碱基需要切除修复AGCGTAGAGCATCH3SHAGCGTAGAGCATSCH3+18切除修复（excision repair） Error-free 原核生物的切除修复: 核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NER） 去除没有被光解酶修复的嘧啶二聚体 碱基切除修复（base excision repair, BER） 去除修饰碱基 真核生物的NER: GG-NER (global genome NER) TC- NER (transcription-coupled NER) 与GG-NER 相似 除了RNA聚合酶替代X

11、PC 195533535353535353UvrABCPol I (或和）DNA连接酶NER5533B*53AP site53DNA glycosylase53AP内切核酸酶5353535533进一步酶切Pol BER20着色性干皮病（XP） 常染色体隐性遗传，易癌，对阳光敏感 NER缺失（7个基因中的一个缺失）Cockayne 综合症 与转录偶连的切除修复缺失 对阳光敏感，但不易癌着色性干皮病变异体（XP-V） NER正常 DNA聚合酶 缺失（嘧啶二聚体处加入A）21SOS修复（SOS response） 抑制pol III的校正活性 容错DNA复制 (error-prone DNA rep

12、lication)22SOS修复的调控LecA 抑制SOS基因转录 阻遏蛋白 结合在操纵子 RecA 激活SOS基因 (DNA合成异常) 重组活性 ssDNA结合活性, RecA RecA* 蛋白酶活性 (水解LecA) 抑制pol III的校正活性 UvrA、B（切除修复） UmuC、D（通过复制）23重组修复(Recombination-repair)复制后修复(Post-replication repair)嘧啶二聚体引起DNA 双螺旋结构扭曲 DNA 聚合酶停滞在更远的距离重新复制新合成的链留下一个缺口通过重组修补缺口24重组修复aabbaabbaabbaabbDNA 双螺旋结构扭曲，

13、 DNA 聚合酶停滞DNA 聚合酶在更远的距离重新复制， 新链留下缺口通过重组修补新链缺口修补母链缺口25同源重组位点特异性重组转座重组（recombination）转座子概念转座子结构 转座机制26转座子： 基因组中可移动的不连续序列，可在基因组内从一个座位转到另一个座位。转座子特征： 1. 不利用独立元件(如噬菌体或质粒DNA)，而是从基因组的一个位点直接移动到另一个位点。 2. 不依赖序列供体和接体位点间的任何联系。 3. 非常严格地自我转座到同一基因组的新位点，有时增加一些序列，是基因组内突变的主要来源。27细菌转座子结构 1. IS （插入序列, insertion sequence

14、s） 两端反向重复序列（inverted repeat） 0.751.5kb; 转座酶; 识别位点IRTransposaseIR28ATGCA 12345678TACGT ATGCA TACGT TargetrepeatInverted repeatIS1 9 bp23 bp 768 bpIS2 5 bp41 bp1327 bp IS411-13 bp18 bp1428 bpIS5 4 bp16 bp1195 bpIS10R 9 bp22 bp1329 bpIS50R 9 bp 9 bp1531 bpIS903 9 bp18 bp1057 bp ISATGCATACGT292. Tn （复合转

15、座子, composite transposons）GenesIS两端IS组件; 2-10kb; 转座酶 / 抗生素基因IS30TnISLISRTransposon makersTransposon makersTn9IS1camR IS moduls identical both functionalTn903IS903kanRboth IS functionalTn10IS10LtetR IS10Rnonfunctional functionalTn5IS50LkanR IS50Rnonfunctional functional313. TnA （Tn3 type transposons,

16、 TnA family） 两端无IS 组件; 525kb; 转座酶 / 解离酶 / 抗生素基因两端IR（3040bp）相似或相同ResTransposaseResolvaseAmpr32tnpA- 转座酶基因，1004aa；突变时不能转座 与IR内的25bp序列结合, 在靶DNA 上5bp 的交错切割 tnpR- 解离酶基因，突变时转座频率升高 抑制转录酶, 阻止tnpA 和它自身的转录 Res区- 解离部位、与解离酶结合TnAResTransposaseResolvaseAmprtnpAtnpR转录33融合/复制重组解离Cointegrate共整合体TnpATnpRDonor moleculeTarget moleculetransposon1. 必要步骤 形成共整合体、特异性重组转座机制34转座机制2. 共整合体的形成和转座子复制的详细过程123交错切口交换复合体(链转移复合体)形成自由3-OH端复制产生共整合体35转座机制3. 复制转座：转座子和受体DNA双链形成交错切口；转座子两端形成复制叉，连接并复制合成缺口单链；同源性重组，受体DNA产生同向重复序列。412336转座机制4. 非复制转座 / 简单转座（cut and paste）：受体DNA双