F-DNA 损伤、修复和重组课件

DNA损伤、修复和重组

DNA损伤、修复和重组1突变和突变发生（mutationandmutagenesis)DNA损伤（DNAdamage）DNA修复（DNArepair）重组（recombination）突变和突变发生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（spontaneousmutation）诱发突变（inducedmutation）

突变概念31.DNA碱基序列改变的多少单点突变（pointmutation）碱基替换（basesubstitution）转换（transition）A-TG-C

颠换（transversion）A-TT-A碱基增加（baseaddition）碱基删除（basedeletion）多点突变（multiplemutation）突变类型1.DNA碱基序列改变的多少突变类型42.对遗传信息的改变无声突变（silentmutation）GAG(Glu)

GAA(Glu)中性突变（neutralmutation）GAG(Glu)

GAC/U(Asp)错义突变（missensemutation）GAG(Glu)

AAG(Lys)无义突变（nonsensemutation,Chainterminationmutation）GAG(Glu)

UAG(Stop)

2.对遗传信息的改变5渗漏突变（Leakymutation）人的蚕豆病（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）移框突变（frameshiftmutation）3.对外界环境的敏感性非条件突变（nonconditionalmutation）条件突变（conditionalmutation）温度敏感型突变(tsmutant,temperature-sensitive)渗漏突变（Leakymutation）61.根据错误碱基的产生方式直接诱变(directmutagenesis)错配碱基没有被DNA修复系统去除如：5-BU间接诱变(indirectmutagenesis)转移损伤DNA合成（translesionDNAsynthesis）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ζ（真核生物）突变发生类型1.根据错误碱基的产生方式突变发生类型72.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（spontaneousmutation）1.碱基错配／错配修复(mismatchrepair)2.碱基互变异构：亚氨基A*-C,C*-A；烯醇式T*-G,G*-T3.脱嘌呤(depurination)／APendonucleases4.脱氨基(deamination)CU/尿嘧啶-N-葡糖基酶(100C/genome/day/humancell)突变热点（Hotspots）CMeC(4%)G-CG-T(MeCdeamination)不能被mismatchrepair修复诱发突变（inducedmutation）

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（8物理突变剂

高能离子辐射（X－射线，γ－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

突变剂物理突变剂突变剂9ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*化学突变剂

1.碱基类似物

5-溴尿嘧啶（BU）ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*化学突变剂102.亚硝酸（HNO2）CU，与A配对，G·CA·TAH(次黄嘌呤),与C配对，A·TG·CGX(黄嘌呤),与C配对，不引起突变3.羟氨(HA)

CN-4-羟-C,与A配对,G·CA·T

2.亚硝酸（HNO2）115.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 baseaddition/deletion/frameshiftmutation4.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,G·CA·TTO4-alkyl-T,与G配对,A·TG·C5.嵌合剂4.烷基化试剂12自发损伤:脱氨基/脱嘌呤外源损伤:1.氧化损伤(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（DNAdamage）自发损伤:脱氨基/脱嘌呤DNA损伤（DNAdam131.复制修复尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase）错配修复（mismatchrepair）2.损伤修复光复活（photoreactivation）暗修复切除修复（excisionrepair）重组修复（recombinationalrepair）SOS修复（SOSresponse）烷基转移酶修复（alkyltransferase）DNA修复（DNArepair）1.复制修复DNA修复（DNArepair）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，PolI，DNA连接酶

AGTGACTTAGTCACTGAATCAGTGACTTAGTCAUTGAATCAGTGACTTAGTCATGAATCAGTGACTTAGTCATGAATCAGTGACTTAGTCACTGAATCuracil-N-glycosylaseAP内切核酸酶PolITGADNA连接酶脱氨基U尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase）15错配修复（mismatchrepair）GATCCTAGCTAGGATC**TGGATCCTAGCTAGGATC**TGCTAGAGTCGATC*TGGA*CTTGATC*GATC*CTAGTGATC*GATC*CTAG错配矫正酶

（MutL,MutS+内切核酸酶MutH)nickPolI，DNA连接酶CTAG错配修复（mismatchrepair）GATCCTAGC16光复活（photoreactivation）

可见光（300－600nm）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-freeTTT•T光复活（photoreactivation）TTT•T17烷基转移酶修复（alkyltransferase）去除O6-甲基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++烷基转移酶修复（alkyltransferase）AGCGT18切除修复（excisionrepair）Error-free原核生物的切除修复:核苷酸切除修复（nucleotide

excisionrepair,NER）去除没有被光解酶修复的嘧啶二聚体碱基切除修复（baseexcisionrepair,BER）去除修饰碱基真核生物的NER:GG-NER(globalgenomeNER)TC-NER(transcription-coupledNER)与GG-NER相似除了RNA聚合酶替代XPC切除修复（excisionrepair）Error-fr195'5'3'3'5'3'5'3'5'3'5'3'5'3'5'3'UvrABCPolI(或δ和ε）DNA连接酶NER5'5'3'3'B*5'3'APsite5'3'DNAglycosylase5'3'AP内切核酸酶5'3'5'3'5'3'5'5'3'3'进一步酶切PolβBER5'5'3'3'5'3'5'3'5'3'5'3'5'3'5'20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η缺失（嘧啶二聚体处加入A）F_DNA损伤、修复和重组课件21SOS修复（SOSresponse）抑制polIII的校正活性容错DNA复制(error-proneDNAreplication)SOS修复（SOSresponse）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,RecARecA*蛋白酶活性(水解LecA)抑制polIII的校正活性UvrA、B（切除修复）UmuC、D（通过复制）SOS修复的调控23重组修复(Recombination-repair)复制后修复(Post-replicationrepair)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重组修复(Recombination-repair)嘧啶二聚24重组修复aa'b'baa'b'baa'b'baa'b'bDNA双螺旋结构扭曲，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重组修复aa'b'baa'b'baa'b'baa'b'bDN25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同源重组重组（recombination）转座子概念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。转座子：27细菌转座子结构1.IS（插入序列,insertionsequences） 两端反向重复序列（invertedrepeat）

0.75~1.5kb;转座酶;识别位点IRTransposaseIR细菌转座子结构1.IS（插入序列,inserti28ATGCA12345678TACGT1234567887654321ATGCA87654321TACGTTargetrepeatInvertedrepeatIS1 9bp 23bp 768bpIS2 5bp 41bp 1327bp

IS4 11-13bp 18bp 1428bpIS5 4bp 16bp 1195bpIS10R 9bp 22bp 1329bpIS50R 9bp 9bp 1531bpIS903 9bp 18bp 1057bp

ISATGCATACGTATGCA1234567887654321ATGCA292.Tn（复合转座子,compositetransposons）GenesIS两端IS组件;2-10kb;转座酶/抗生素基因IS2.Tn（复合转座子,compositetransp30TnISLISRTransposonmakersTransposonmakersTn9 IS1 camR ISmodulsidentical bothfunctionalTn903 IS903 kanR bothISfunctionalTn10 IS10L tetR IS10R nonfunctional functionalTn5 IS50L kanR IS50R nonfunctional functionalTnISLISRTransposonmakersTrans313.TnA（Tn3typetransposons,TnAfamily）

两端无IS组件;5~25kb;转座酶/解离酶/抗生素基因 两端IR（30~40bp）相似或相同ResTransposaseResolvaseAmpr3.TnA（Tn3typetransposons,32

tnpA-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TnAResTransposaseResolvaseAmprtnpAⅠⅡⅢtnpR转录 tnpA-转座酶基因，1004aa；突变时不能转座TnA33融合/复制重组解离Cointegrate共整合体TnpATnpRDonormoleculeTargetmoleculetransposon1.必要步骤——形成共整合体、特异性重组转座机制融合/复制重组Cointegrate共整合体TnpATnpR34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。4123转座机制3.复制转座：412336转座机制4.非复制转座/简单转座（cutandpaste）： 受体DNA双链形成交错切口； 转座子插入交错切口，连接并修复缺口单链； 受体DNA产生同向重复序列。312转座机制4.非复制转座/简单转座（cutandpa37复习题1.名词：无声突变，中性突变，错义突变，无义突变，渗漏突变移框突变，直接诱变，间接诱变2.自发突变有哪些方式？可以通过什么方式进行修复？3.物理和化学突变剂有哪些类型，会引起什么样的突变？4.DNA损伤有哪些类型？分别是什么原因引起的？5.DNA修复系统有哪些？每个修复系统所需要的酶和作用原理是什么？6.什么是转座子，它有什么特点？7.细菌的转座子有几种类型，各具有什么结构？8.复制性转座和非复制性转座各有什么特点？复习题1.名词：38演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！39DNA损伤、修复和重组

DNA损伤、修复和重组40突变和突变发生（mutationandmutagenesis)DNA损伤（DNAdamage）DNA修复（DNArepair）重组（recombination）突变和突变发生41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（spontaneousmutation）诱发突变（inducedmutation）

突变概念421.DNA碱基序列改变的多少单点突变（pointmutation）碱基替换（basesubstitution）转换（transition）A-TG-C

颠换（transversion）A-TT-A碱基增加（baseaddition）碱基删除（basedeletion）多点突变（multiplemutation）突变类型1.DNA碱基序列改变的多少突变类型432.对遗传信息的改变无声突变（silentmutation）GAG(Glu)

GAA(Glu)中性突变（neutralmutation）GAG(Glu)

GAC/U(Asp)错义突变（missensemutation）GAG(Glu)

AAG(Lys)无义突变（nonsensemutation,Chainterminationmutation）GAG(Glu)

UAG(Stop)

2.对遗传信息的改变44渗漏突变（Leakymutation）人的蚕豆病（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）移框突变（frameshiftmutation）3.对外界环境的敏感性非条件突变（nonconditionalmutation）条件突变（conditionalmutation）温度敏感型突变(tsmutant,temperature-sensitive)渗漏突变（Leakymutation）451.根据错误碱基的产生方式直接诱变(directmutagenesis)错配碱基没有被DNA修复系统去除如：5-BU间接诱变(indirectmutagenesis)转移损伤DNA合成（translesionDNAsynthesis）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ζ（真核生物）突变发生类型1.根据错误碱基的产生方式突变发生类型462.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（spontaneousmutation）1.碱基错配／错配修复(mismatchrepair)2.碱基互变异构：亚氨基A*-C,C*-A；烯醇式T*-G,G*-T3.脱嘌呤(depurination)／APendonucleases4.脱氨基(deamination)CU/尿嘧啶-N-葡糖基酶(100C/genome/day/humancell)突变热点（Hotspots）CMeC(4%)G-CG-T(MeCdeamination)不能被mismatchrepair修复诱发突变（inducedmutation）

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（47物理突变剂

高能离子辐射（X－射线，γ－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

突变剂物理突变剂突变剂48ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*化学突变剂

1.碱基类似物

5-溴尿嘧啶（BU）ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*化学突变剂492.亚硝酸（HNO2）CU，与A配对，G·CA·TAH(次黄嘌呤),与C配对，A·TG·CGX(黄嘌呤),与C配对，不引起突变3.羟氨(HA)

CN-4-羟-C,与A配对,G·CA·T

2.亚硝酸（HNO2）505.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 baseaddition/deletion/frameshiftmutation4.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,G·CA·TTO4-alkyl-T,与G配对,A·TG·C5.嵌合剂4.烷基化试剂51自发损伤:脱氨基/脱嘌呤外源损伤:1.氧化损伤(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（DNAdamage）自发损伤:脱氨基/脱嘌呤DNA损伤（DNAdam521.复制修复尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase）错配修复（mismatchrepair）2.损伤修复光复活（photoreactivation）暗修复切除修复（excisionrepair）重组修复（recombinationalrepair）SOS修复（SOSresponse）烷基转移酶修复（alkyltransferase）DNA修复（DNArepair）1.复制修复DNA修复（DNArepair）53尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase）尿嘧啶-N-糖基酶，AP内切核酸酶，PolI，DNA连接酶

AGTGACTTAGTCACTGAATCAGTGACTTAGTCAUTGAATCAGTGACTTAGTCATGAATCAGTGACTTAGTCATGAATCAGTGACTTAGTCACTGAATCuracil-N-glycosylaseAP内切核酸酶PolITGADNA连接酶脱氨基U尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase）54错配修复（mismatchrepair）GATCCTAGCTAGGATC**TGGATCCTAGCTAGGATC**TGCTAGAGTCGATC*TGGA*CTTGATC*GATC*CTAGTGATC*GATC*CTAG错配矫正酶

（MutL,MutS+内切核酸酶MutH)nickPolI，DNA连接酶CTAG错配修复（mismatchrepair）GATCCTAGC55光复活（photoreactivation）

可见光（300－600nm）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-freeTTT•T光复活（photoreactivation）TTT•T56烷基转移酶修复（alkyltransferase）去除O6-甲基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++烷基转移酶修复（alkyltransferase）AGCGT57切除修复（excisionrepair）Error-free原核生物的切除修复:核苷酸切除修复（nucleotide

excisionrepair,NER）去除没有被光解酶修复的嘧啶二聚体碱基切除修复（baseexcisionrepair,BER）去除修饰碱基真核生物的NER:GG-NER(globalgenomeNER)TC-NER(transcription-coupledNER)与GG-NER相似除了RNA聚合酶替代XPC切除修复（excisionrepair）Error-fr585'5'3'3'5'3'5'3'5'3'5'3'5'3'5'3'UvrABCPolI(或δ和ε）DNA连接酶NER5'5'3'3'B*5'3'APsite5'3'DNAglycosylase5'3'AP内切核酸酶5'3'5'3'5'3'5'5'3'3'进一步酶切PolβBER5'5'3'3'5'3'5'3'5'3'5'3'5'3'5'59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η缺失（嘧啶二聚体处加入A）F_DNA损伤、修复和重组课件60SOS修复（SOSresponse）抑制polIII的校正活性容错DNA复制(error-proneDNAreplication)SOS修复（SOSresponse）61SOS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,RecARecA*蛋白酶活性(水解LecA)抑制polIII的校正活性UvrA、B（切除修复）UmuC、D（通过复制）SOS修复的调控62重组修复(Recombination-repair)复制后修复(Post-replicationrepair)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重组修复(Recombination-repair)嘧啶二聚63重组修复aa'b'baa'b'baa'b'baa'b'bDNA双螺旋结构扭曲，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重组修复aa'b'baa'b'baa'b'baa'b'bDN64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同源重组重组（recombination）转座子概念65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。转座子：66细菌转座子结构1.IS（插入序列,insertionsequences） 两端反向重复序列（invertedrepeat）

0.75~1.5kb;转座酶;识别位点IRTransposaseIR细菌转座子结构1.IS（插入序列,inserti67ATGCA12345678TACGT1234567887654321ATGCA87654321TACGTTargetrepeatInvertedrepeatIS1 9bp 23bp 768bpIS2 5bp 41bp 1327bp

IS4 11-13bp 18bp 1428bpIS5