第五章 DNA损伤与修复和基因突变

第十章

DNA损伤与修复和基因突变10.1DNA损伤的概念DNA损伤指在生物体生命过程中DNA双螺旋解构发生的任何改变。单个碱基的改变双螺旋结构的异常扭曲电离辐射可见光氧自由基H+烷化剂8-oxoGP/P复制错误核苷类似物mCU10.1.1DNA分子的自发性损伤复制过程中的损伤指碱基配对是产生的误差，经过DNA聚合酶校正和单链结合蛋白等综合因素作用下仍然出现的损伤。互变异构脱氨试剂活性氧引起的诱变碱基异构式引起DNA复制的错配错误配对

G(k)T(e)

A(a)

C(i)

A(i)

C(a)

G(e)

T(k)

G(k)C(a)

正确配对

A(a)

T(k)

缺失碱基位点甲基化氧化损伤环出效应10.1.2物理因素引起DNA损伤大于260nm的紫外线照射后形成嘧啶二聚体。小于240nm的紫外线有利于二聚体解聚。

紫外线和各种辐射DNA受到大剂量紫外线照射时，形成二聚体紫外线可引起DNA的交联,DNA与蛋白质的交联。电离辐射引起DNA损伤的机理电离辐射引起DNA损伤的机制

自由基损害

损伤DNA修复系统电离辐射引起DNA损伤的类型产生·OH自由基，导致碱基变化

脱氧核糖分解

DNA链断裂

DNA链、蛋白质的交联电离辐射导致DNA链的断裂单链断裂：无差错修复双链断裂：错误修复C10.1.3化学因素引起DNA损伤1、烷化剂引起的DNA损伤2、碱基类似物对DNA的损伤烷化剂引起DNA损伤

碱基烷基化:G–C→A–T

碱基脱落:甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤7N烷基化，活化β—糖苷键，连接碱基与五碳糖间的共价键变弱，容易折断缺失碱基，造成脱嘌呤作用。

导致DNA断链:磷酸二酯键上的氧被烷基化

导致DNA链交联5-BrdU（酮式-A；烯醇式-G）碱基类似物、修饰剂对DNA的改变

亚硝酸盐氧化脱氨（C→U）

羟胺脱甲基（T→C）

黄曲霉素B（攻击碱基）其它因素引起DNA损伤

吖啶类化合物:

吖啶橙

扁平染料分子(不等交换)

氧自由基(加成反应\小自由基反应)DNA损伤的后果信号传导异常长时辰效应老化肿瘤疾病DNA修复机制短期效应异常增生和代谢生理功能紊乱细胞死亡细胞增殖减少基因表达异常基因组不稳定10.2DNA的修复修复是生物机体细胞在长期进化过程中形成的一种保护功能。主要有：切除修复错配修复直接修复重组修复易错修复（SOS修复）常见的DNA损伤及其修复机制

DNA损伤因素DNA损伤类型修复机制X射线、氧自由基、烷化剂自发脱碱基单链断裂、无碱基位点、氧化性碱基（如8-氧鸟嘌呤）脲嘧啶碱基切除修复紫外线和多环芳烃环丁烷嘧啶二聚体等大的紫外线光产物和稳定的多环芳烃化合物等大分子DNA加合物核苷酸切除修复抗癌药（如顺铂和丝裂霉素）双链断裂和链间交联双链断裂修复（同源重组修复和末端连接）复制错误和烷化剂碱基错配和缺失（插入）错配修复

碱基切除修复指切除和替换由内源性化学物作用产生

的DNA碱基损伤,是切除修复的一种。受损碱基移除是由多个酶来完成的。主要针对DNA单链断裂和小的碱基改变

及氧化性损伤。BaseExcisionRepairDNA的损伤的切除修复碱基缺陷或错配碱基丢失结构缺陷切开核酸内切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶DNA连接酶AP核酸内切酶核酸外切酶切开切除修复连接糖苷酶插入酶碱基取代

核苷酸切除修复

体内识别DNA损伤最多的修复通路

主要修复扭曲双螺旋结构的DNA损伤以及阻断基因转录和不识别任何特殊的碱基损失，而是识别双螺旋形状的改变。

不识别任何特殊的碱基损失，而是识别双螺旋形状的改变；修复时切除含有损伤碱基的那一段DNA。核苷酸切除修复(大肠杆菌)核苷酸切除修复(基因组修复–人)核苷酸切除修复(转录偶联修复-人类)GGR和TCR的共同修复通路错配修复校正活性所漏校的碱基,使复制的保真性提高102～103倍错配修复系统(MRSMismatchRepairSystem)DNApol(ξ=10-8)经第二次校正ξ=10-11错配修复系统组成（Mismatchrepairsystem）DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)DNApolymeraseⅢ填补单链DNA缺口HelicaseSSB外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)连接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,S

扫描新生链中错配碱基识别新生链中非m6A的GATC序列酶切含错配碱基的DNA区段错配修复

错配修复大肠杆菌DNA甲基化位点新合成的DNAMis-pairedbases错配修复光修复：光修复酶催化

普遍存在于各种生物重组修复机制重组修复

☆DNA于复制时会越过受损区域进行复制☆经重组修复，受损的DNA仍然存在于子代的一个细胞中。☆重组修复不会浪费时间，重组修复可让负伤的DNA在细胞中仍可照常进行分裂。非同源末端连接：DNA分子之间不需要广泛的同源性，主要是在免疫球蛋白重组时对DNA双链进行连接，在细胞有丝分裂G1/G0期起主要作用。重组修复根据DNA末端连接需要的同源性，分为

同源重组：需要多种蛋白参与；也修复DNA复制中的差错；在减数分裂、细胞有丝分裂后期S/G2期起主要作用。SOS修复

DNA复制不很严格，新合成的DNA容易造成错误产生突变。SOS修复诱导DNA聚合酶活性LexA

(一种DNA结合抑制蛋白),

umuC和umuD,编码DNA聚合酶活性,允许复制跨过损伤位点,常插入一个或几个A碱基.AGCTAGTCAT/TCAGTCAGCTAGTCAT/TCAGTCTCGATCANNNNGTCAGReplicationstopsatT/TdimerError-pronepolymeraseallowsreplicationtoproceed,albeitinaccuratelySOSresponse:RecA-P的三种功能a、DNA重组活性b、与S.S.DNA结合活性c、少数蛋白的proteinase活性当DNA正常复制时（无复制受阻，无DNA损伤，无TTdimer）

RecA-p不表现proteinase活性当DNA复制受阻/DNAdamaged细胞内原少量表达的RecA-p与S.S,DNA结合激活RecA-p的proteinase活性修复损伤LexA-p降解RecA-p高效表达SOSopen当DNA复制度过难关后RecA-p很快消失LexAgeneonSOSoff这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复，复制若能继续，细胞是可存活的。但DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变细胞周期检查点控制

真核生物细胞DNA受到损伤时细胞除了诱导修复基因的转录外，还可暂时阻断细胞周期，防止受损DNA继续复制，如无法修复，则可诱导细胞进入凋亡。这些都是细胞通过细胞周期检查点控制（checkpointcontrol，又称关卡控制）对DNA损伤的应答反应。酵母细胞的细胞周期检查点控制机制DNA损伤在S期DNA损伤在G1和G2期G1S