第04章-DNA损伤和修复PPT幻灯片

第一节DNA损伤第二节DNA损伤的修复第三节DNA损伤与修复意义第一节DNA损伤

一、DNA损伤因素及机制二、DNA损伤类型32023/9/2262023/9/22电离辐射对机体的作用方式

●直接

指射线将能量直接传递给生物大分子，使物质的原子或分子激发和电离，导致物质结构的破坏●

间接

指辐射先作用于溶剂分子进而产生活性物导致细胞损伤电离辐射对DNA的直接和间接损伤辐射引起的DNA损伤类型

●

碱基脱落

●

碱基破坏

●

嘧啶二聚体形成

●

单链和双链断裂

●

DNA交联等胸腺嘧啶碱基间形成二聚体（二）自由基致DNA损伤

自由基是指能够独立存在，核外带有未配对电子的原子或分子表示方式：在原有原子或分子符号的左上角标记一个圆点“

·

”

●

自由基的来源1.电离辐射通过电离和激发产生

2.代谢产生活性氧●自由基的作用机制自由基与DNA之间发生化合反应、抽氢作用和加成反应等●自由基的危害

损伤碱基、核糖、磷酸二酯键。（三）化学毒物致DNA损伤

●

碱基类似物与正常碱基类似，导致碱基置换

●

碱基修饰物修饰碱基某些基团，改变配对性质或阻断配对

●

嵌入染料插入碱基对中，使DNA两条链错位→缺失、移码、插入☞

化学毒物化学因素目录物理化学因素对DNA的损伤胞嘧啶脱氨基生成尿嘧啶如果复制发生就会产生一个突变二、DNA损伤类型1.碱基和糖基破坏●损伤因素酸、热去嘌呤作用、碱基修饰剂、自由基、活性氧、紫外线●损伤类型碱基丢失/插入、碱基置换、DNA片段缺失/插入2.错配●损伤因素

碱基类似物、碱基修饰剂、自发脱氨基●常见错配类型U→T3.DNA链断裂

●损伤因素

电离辐射、化学物质诱导

●损伤类型单链断裂、双链断裂（最严重损伤，不能原位修复，易致畸)4.DNA交联

化学物质诱导(如丝裂霉素)●损伤因素●损伤类型

链内交联同一DNA链上碱基共价结合嘧啶二聚体DNA链上相邻的两个嘧啶碱基之间共价结合，形式有TT、CT、CC链间交联

不同DNA链之间的碱基共价结合DNA-蛋白质交联DNA与蛋白质以共价键结合DNA交联示意图第二节DNA损伤的修复一、DNA损伤的修复的机制二、参与修复的主要基因修复(repairing)是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。光修复(lightrepairing)切除修复(excisionrepairing)重组修复(recombinationrepairing)SOS修复

错配修复修复的主要类型一、DNA损伤的修复的机制一、DNA损伤的修复的机制光复活酶与DNA链上嘧啶二聚体部位结合↓受波长为260-380nm的近紫外线作用激活使二聚体解聚↓酶从DNA链上解离，DNA恢复正常结构

（一）回复修复●酶学光复活光修复酶(photolyase)

UV●嘌呤直接插入●O6-甲基鸟嘌呤-DNA的甲基转移●单链重接（单链断裂修复）302023/9/22（二）切除修复

●定义

在多种酶的作用下，先将损伤区域切除，然后利用互补链为模板，合成一段正确配对的碱基顺序来修补●切除过程

●切除方式碱基切除修复、核苷酸切除修复识别并切除→修复合成并连接2.1碱基切除修复（base-excisionrepair,BER）

所有细胞中都带有能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特异性切除受损核苷酸上的N-β－糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。DNA分子中一旦产生了AP位点，AP核酸内切酶就会把受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的DNA链→碱基切除修复(base-excisionrepair)。.糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-β-糖苷键处切下来，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为AP位点。由AP磷酸内切酶将受损核甘酸的糖苷-磷酸键切开5‘3‘DNA连接酶连接利用DNA聚合酶I在切除损伤部位，补上核苷酸372023/9/222.2核苷酸切除修复（Nucleotideexcisionrepair,NER）

是机体正常细胞针对DNA链上较大损伤的修复过程，它由多种DNA修复酶组成。

2.2核苷酸切除修复（Nucleotideexcisionrepair,NER）

损伤发生后，首先由DNA切割酶(excinuclease)在己损伤的核苷酸5’和3’位分别切开磷酸二酯键，产生一个由12～13个核苷酸(原核生物)或27～29个核苷酸(人类或其他高等真核生物)的小片段，移去小片段后由DNA聚合酶Ⅰ(原核)或ε（真核)合成新的片段，并由DNA连接酶完成修复中的最后一道工序。识别损伤部位损伤的两边切除几个核苷酸DNA聚合酶以母链为模板复制合成新子链DNA连接酶将切口补平●

核苷酸切除被切除的不是单个碱基，而是一段寡核苷酸。是细胞内更为重要的一种修复方式

●切除修复的特点是DNA修复的一种普遍形式（三）重组修复●定义重组酶系将未受损伤的DNA

片段移到损伤部位，提供正确的模板，进行修复●分类

●同源性重组两段双链DNA同源性大于200bp，大肠杆菌及酵母中RecA蛋白、人细胞中Rad51是关键●非同源性重组同源性低，DNA双链断裂的主要修复方式，关键分子是DNA-PK及XRCC4，非精确修复432023/9/22复制中出现损伤重组修复DNA聚合酶填补缺损452023/9/223、错配修复（mismatchrepair，MMR）

DNA错配修复是细胞复制后的一种修复机制,具有维持DNA复制保真度,控制基因变异的作用。错配修复实际上是一种特殊的核苷酸切除修复，它专门用来修复在DNA复制中出现的新合成DNA链上的错配的碱基。但如何避免将DNA链上正确的碱基切除呢？这就需要将oldstrand和newstrand区分开来。原核生物利用甲基化区分oldstrand和newstrand，因此原核细胞中的错配修复也称甲基化指导的错配修复（methyl-directedmismatchrepair）。错配修复系统识别母链靠Dam甲基化酶（Dammethylase），它能使位于5’GATC序列中A的N6位甲基化。一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会在开始DNA合成前的一小点时间（几秒钟至几分钟）内被甲基化。刚合成的DNA新链上的GATC序列还没有来得及甲基化，而作为模板的oldstrand早已被甲基化了，利用这种差别区分oldstrand和newstrand。

此后，一旦发现错配碱基，错配修复系统就会根据“保存母链，修正子链”的原则，找出错误碱基所在的DNA链即将未甲基化的链切除，并以甲基化的链为模板进行修复合成。GATC中A甲基化与否常用来区别新合成的链（未甲基化）和模板链（甲基化）。这一区别很重要错配修复（mismatchrepair）●Dam甲基化酶使母链位于5’GATC序列中腺苷酸甲基化●甲基化紧随在DNA复制之后进行●根据复制叉上DNA甲基化程度，切除尚未甲基化的子链上的错配碱基通过3个蛋白质（MutS、MutH和MutL）校正

根据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图1.MutS发现错配碱基2.在水解ATP的作用下，MutS，MutL与碱基错配点的DNA双链结合3.MutS-MutL在DNA双链上移动，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链

甲基化指导的错配修复示意图错配碱基位于切口3’下游端，错配碱基位于切口5’上游端，（五）SOS修复

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定义DNA损伤时应急产生的修复作用，解除修复系统抑制，使其产物(多种修复蛋白)参与修复SOS修复中LexA-RecA操纵子的作用机理当细菌DNA遭到破坏时，细菌细胞内会启动一个被称为SOS的诱导型DNA修复系统。在正常情况下，DNA损伤的修复基因的操纵子被LexA蛋白所阻遏。SOS修复系统受到LexA阻遏蛋白的抑制，平时该蛋白表达水平很低。SOS体系的诱导表达过程其实就是LexA阻遏蛋白从这个基因的上游调控区移开的过程。阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答当有紫外线照射时，细菌体内的RecA蛋白水解酶被激活，催化LexA阻遏蛋白裂解失活，从而导致与DNA损伤修复有关的基因表达。RecA蛋白：是SOS反应的最初的发动因子。在单链DNA和ATP存在时，RecA蛋白被激活，表现出水解酶活性，分解LexA阻遏物。表达RecA蛋白与这些缺口处单链DNA相结合，被激活成蛋白酶。具有蛋白酶活性的RecA蛋白将LexA蛋白切割成没有阻遏作用的和具有与操纵区DNA结合活性的两个片段，导致SOS体系的高效表达，使DNA得以修复。SOS反应

SOS基因紫外线激活RecALexA阻遏蛋白

与DNA损伤修复有关的酶和蛋白质基因表达LexA阻遏蛋白操纵序列DNA

当修复完成后，活化信号消失，RecA蛋白回复到非蛋白水解酶的形式，LexA蛋白开始逐步积累，并重新建立起阻遏。RecA蛋白的合成停止，DNA恢复复制，RecA蛋白被稀释到原来的本底水平。第三节DNA损伤与修复意义

一、DNA损伤与肿瘤二、DNA损伤修复缺陷导致人类的遗传疾病612023/9/22一、DNA损伤与肿瘤●产生肿瘤的原因DNA损伤可导致原癌基因的激活和抑癌基因失活，导致细胞恶变●产生的典型肿瘤

人类遗传性非息肉性结肠癌家族遗传性乳腺癌和卵巢癌二、DNA损伤修复缺陷导致遗传疾病

1.DNA修复缺陷导致的人类遗传病

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着色性干皮病（XP）

DNA损伤修复缺陷造成的一种遗传病，对该病研究，发现一些与切除损伤部位有关的XP蛋白缺失2.细胞对DNA损伤应答