损伤修复突变和转座

关于损伤修复突变和转座第三节突变类型第四节回复突变(抑制突变)第五节突变剂和突变生成

概述：损伤因素及其类型第一节复制过程中的错配修复第二节损伤修复

第2页,共77页，2024年2月25日，星期天

引起损伤的因素:♦自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、自发脱碱基、细胞的代谢产物对DNA的损伤)♦物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线)♦化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）引起损伤的类型：碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链间）、嘧啶二聚体等等第3页,共77页，2024年2月25日，星期天

广义的修复系统：♦DNA聚合酶的校对功能(复制的范畴)♦尿嘧啶-N-糖苷酶修复系统

（复制时U的渗入、C脱氨氧化成U）♦错配修复系统♦损伤修复系统(光复活、重组修复、SOS修复等)

★限制修饰系统-----对付外源DNA的入侵第4页,共77页，2024年2月25日，星期天第一节复制过程中的错配的修复第5页,共77页，2024年2月25日，星期天DNAmismatch+-----A------------C---DNApol(ξ=10-8)经第二次校正ξ=10-11错配修复系统(MRSMismatchRepairSystem)1、错配修复碱基来源：校正活性所漏校的碱基使复制的保真性提高102～103倍第6页,共77页，2024年2月25日，星期天2、错配修复系统（Mismatchrepairsystem）DNApolymeraseHelicaseSSB外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)连接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,SdamgeneDNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)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新生DNA区段

（1）组成第7页,共77页，2024年2月25日，星期天★DNA合成过程中的甲基化变化DNA中的GATC(palindromicseq.)为m6A甲基化敏感位点平均每2kb左右有一GATCseq.错配修复系统受甲基化的引导第8页,共77页，2024年2月25日，星期天

甲基化程度的差异a、MutH/MutS

扫描识别错配碱基和邻近的GATC序列

切点－－甲基化GATC中

G的5’侧DNAhelicaseII,SSB,exonucleaseI去除包括错配碱基的片段DNApolymeraseIII和

DNAligase填充缺口昂贵的代价用于保证DNA的准确性（2）修复过程第9页,共77页，2024年2月25日，星期天外切核酸酶Ⅰ切割切点的5’端（错配碱基在切点的5’端）

----------------Ⅶ----------------3’端（--------------------------3’端）第10页,共77页，2024年2月25日，星期天3、尿嘧啶-N-糖苷酶系统(ungsystem

)修复尿嘧啶的来源：dUTP的渗入胞嘧啶的自发脱氨氧化第11页,共77页，2024年2月25日，星期天---TAGC------ATCG------TAGC------ACG---U---TAGC---ung-ase

①GCUAU---TAGC------ACG---AP内切酶(Apurinase)②---TAGC------ATCG---DNApolLigase

③第12页,共77页，2024年2月25日，星期天

第二节DNA损伤的修复第13页,共77页，2024年2月25日，星期天一、嘧啶二聚体的产生

类型：TT二聚体（）、CC二聚体（）、

CT二聚体（）TTCCCT相邻的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体CCCCCCCC第14页,共77页，2024年2月25日，星期天第15页,共77页，2024年2月25日，星期天PR1、光复活（photoreactivation）----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----

复制前进行、不容易出错400nm蓝光、PR酶

(photo-reactivationenzyme)

光敏裂合酶（photolyase）可见光激活

二、二聚体修复的机制第16页,共77页，2024年2月25日，星期天2.切除修复Exision—Repair

复制前进行不易出错UvrA,B,Cgene

内切核酸酶（Endonucleases）外切核酸酶（Exonuclease）

DNApolLigase

碱基切除修复核苷酸切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复第17页,共77页，2024年2月25日，星期天ABABCABCABCAB螺旋酶PolІ螺旋酶连接酶切补切封第18页,共77页，2024年2月25日，星期天3.重组修复（Recombinative—Repair）后复制修复、E.coli的挽回系统E.coli

存活%U.V计量w.t.UvrA+RecA+

uvra-reca-该系统存在的实验证据第19页,共77页，2024年2月25日，星期天★Rec-A.gene

以某种方式参与DNA损伤修复♦Rec修复系统比切除修复系统更有效

目前知道♫Uvr系统负责切除二聚体♫Rec系统负责消除没有被切除的二聚体可能造成的后果第20页,共77页，2024年2月25日，星期天TTTTAAAATTTTTTTTAAAATTTT变性

E.coli(Rec-A,uvr-a-)D.S.DNAS.S.DNAU.V.复制提取变性复制过程越过二聚体而在相应新链上留下缺口★二聚体后起始★修复时期的证明第21页,共77页，2024年2月25日，星期天●与Rec-A蛋白引起的重组(strandtransfer)有关●TTdimer未被修复，仅表现在后代群体中TTdimer

浓度的稀释●链的非准确转移，导致突变机率的增加修复相关机制:第22页,共77页，2024年2月25日，星期天

重组修复

(链转移修复)

复制后修复容易出错RecA,DNApolymeraeligase二聚体后起始RecA

聚合酶、连接酶重组修复后的损伤位点可由其它机制进一步修复第23页,共77页，2024年2月25日，星期天课内容回顾：

1、复制过程中的错配修复错配修复系统尿嘧啶－N－糖苷酶修复系统

2、DNA的损伤的修复嘧啶二聚体光复活修复切除修复重组修复第24页,共77页，2024年2月25日，星期天第三节突变类型

第25页,共77页，2024年2月25日，星期天

●染色体突变（Chromosomemutation

）chromosomenumber

chromosomestructure

●核苷酸突变（dNtpointmutation）

突变(mutation)：可以通过复制而遗传的DNA结构的任何永久性改变遗传状态第26页,共77页，2024年2月25日，星期天

突变体(mutant)：携带突变的生物个体或群体或株系

突变基因(mutantgene):存在突变位点的基因野生型基因（wildtypegene）：表示方法表现型Arg+Arg-

基因型arg+arg-

野生型正性状第27页,共77页，2024年2月25日，星期天1、从突变作用来源上定义自发突变－－自然界的突变剂或偶然复制错误诱变－－人为使用突变剂★

碱基异构式引起DNA复制过程的错误-----自发突变

碱基异构式

A(amino氨基)A(imino亚氨基)

C(a)C(i)

G(keto酮式)G(enol烯醇式)

G(k)

G(e,i)

T(keto)

T(enol-2’)orT(enol-4’)

第28页,共77页，2024年2月25日，星期天碱基异构式引起DNA复制的错配

G(k)C(a)

正确配对A(a)

T(k)

错误配对G(k)T(e)

A(a)

C(i)

A(i,anti)A(a,syn)A(i,anti)G(k,syn)

G(e,i,anti)G(k,syn)G(e,i,anti)A(a,syn)

A(i)

C(a)

G(e)

T(k)

第29页,共77页，2024年2月25日，星期天A(a)

T(k)

A(a,anti)

T(k,anti)

C(i)

C(a,anti)

A(a)

A(i,anti)

碱基异构式引起DNA的错配突变

C(i)

C(a)G(k,syn)

G(k,syn)

G(k,anti)G(k)第30页,共77页，2024年2月25日，星期天2、从序列改变多少上定义单点突变(pointmutation)(点突变)

多点突变(multiplemutation)点突变－－－碱基替代、碱基插入、碱基缺失●碱基替代（conversion）转换(transition)PyPy

Pu

Pu

颠换(transvertion)

Py

Pu

第31页,共77页，2024年2月25日，星期天●核苷酸缺失或插入（dNtdeletionorinsertion

）=3xdNt

±nxAminoacid

=3xdNt

移框（Framshift

）

移框突变（frameshiftmutation）:一个或两个碱基的插入或缺失，或扁平碱性染料分子3、从对阅读框的影响上定义移码突变第32页,共77页，2024年2月25日，星期天Examplesofdeletionmutations

第33页,共77页，2024年2月25日，星期天4、从对遗传信息的改变上定义（点突变）同义突变：没有改变产物氨基酸序列的密码子错义突变：碱基序列的改变引起了氨基酸序列的改变（中性突变、渗漏突变）无义突变：碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变为蛋白合成的终止密码子●碱基替代对遗传信息的改变

---同义突变

GAA→GAGGlu第34页,共77页，2024年2月25日，星期天---错义突变

GAA→AAALys---无义突变

GAA→TAA(stop)

无义突变类型UAA（Oc）赭石型（Ocher）UAG（Am）琥珀型（amber）UGA（Opal）乳石型（Opal）第35页,共77页，2024年2月25日，星期天5、从突变的表达类型上定义---非条件型突变:

---条件型突变:

突变的表现=突变基因型+诱导条件

（光，温敏感不育）

6、从突变效应上定义正向突变回复突变:使突变体所失去的野生型性状得到恢复的第二次突变真正的原位回复突变很少大部分为第二点的回复突变－－－－抑制突变第36页,共77页，2024年2月25日，星期天7、突变位点存在于负责基因调控的序列中

*在启动子区域时:

启动子上升突变:增强启动子对转录的发动作用的突变启动子下降突变:*在操作子上或调节基因上组成型突变:产生组成型表达方式的操作子突变或调节基因的突变

突变的操作子不能被阻遏蛋白所识别调节基因突变不能产生有活性的阻遏蛋白

两者之一都使结构基因失去了负向控制

第37页,共77页，2024年2月25日，星期天第四节回复突变(抑制突变)第38页,共77页，2024年2月25日，星期天1、抑制突变发生的部位基因内抑制突变：抑制突变发生在正向突变的基因中基因间抑制突变：抑制突变发生在正向突变基因外的其它基因中wildtypemutant(表现型)正向突变(lowF.)回复突变(verylowF.正向的1／10)第39页,共77页，2024年2月25日，星期天间接抑制突变:不恢复正向突变基因蛋白质产物的功能,而是通过改变其它蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变造成的缺陷,从而恢复野生型2、野生表型恢复作用的性质直接抑制突变:通过恢复或部分恢复原来突变基因产物蛋白质的功能而恢复野生表型第40页,共77页，2024年2月25日，星期天

3、回复突变的分子机制a)AGC(Ser)

ACC(Thr)

AGC(Ser)b)AGC(Ser)

AGG(Arg)

AGT(Ser)c)AGC(Ser)

AGG(Arg)

GGG(Gly)ifSer≈Gly第41页,共77页，2024年2月25日，星期天

（1）基因内抑制突变(Intragenicsuppression)第二位点引起的基因内校正密码子间两次错义突变的互补4、抑制突变的分子机制错义突变移框突变错义突变造成野生型表型的丧失－－－部分原因在于影响到蛋白质的空间结构(正负电荷、疏水作用)第42页,共77页，2024年2月25日，星期天a、静电作用第43页,共77页，2024年2月25日，星期天b、疏水作用第44页,共77页，2024年2月25日，星期天---UGG174----------GGA210---(w.t.)(K)(G)回复突变(C)

（G）----UGG174-----------GGA210--------UGG174----------GGA210--------UGC174-----------GAA210----活性结构无活性结构CA无活性结构(K)(E)第45页,共77页，2024年2月25日，星期天移框突变的抑制突变(基因内第二点的插入或缺失)第46页,共77页，2024年2月25日，星期天（2）基因间的抑制突变无义突变---无义抑制突变错义突变---错义抑制突变移框突变---移框抑制突变

发生在

tRNA基因或与tRNA功能相关的基因上第47页,共77页，2024年2月25日，星期天a、基因间的无义抑制突变（Nonsensesuppressor）野生型UAG、UGA、UAA－－－三种无义抑制50％赭石型无义抑制tRNA产生的几率很低，且抑制效率很低第48页,共77页，2024年2月25日，星期天AGAUCUArgGlyGGACCUUCUGlyCCUGlyb、基因间的错义抑制突变(Missensesuppressor)Gly第49页,共77页，2024年2月25日，星期天c、基因间移框抑制突变总结：基因内和基因间的错义（无义）、移框抑制突变均由相应的错义（无义）、移框突变抑制第50页,共77页，2024年2月25日，星期天课内容回顾：

1、突变的类型突变作用来源、序列改变多少、对阅读框的影响对遗传信息的改变、突变的表达类型、突变效应突变位于负责基因表达调控的序列当中

2、抑制突变发生部位：基因内、基因间野生表型恢复作用性质：直接抑制、间接抑制基因内错义抑制突变的分子机制基因间错义、移码、无义抑制突变的分子机制第51页,共77页，2024年2月25日，星期天第六节突变剂和突变生成第52页,共77页，2024年2月25日，星期天1、碱基类似物（Baseanalog）2-氨基嘌呤2-Aminopurine5-溴尿嘧啶5-BromineUracilOOBrNH2第53页,共77页，2024年2月25日，星期天5-BrU:G:A

烯醇式enolBrOHHOBr

酮式KetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的渗入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二轮复制A·T

G·C

转变AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一轮复制酮式到稀醇式的转变烯醇式渗入为G·C

A·T

转变第54页,共77页，2024年2月25日，星期天InDNABrU(k)>BrU(e)(正常形式)(异构体)BrU(k)

BrU(e)难易AGGATCCT>碱基类似物产生的均为错义突变第55页,共77页，2024年2月25日，星期天

2、碱基的化学修饰导致突变又称化学突变剂：亚硝酸（nitrousacidHNO2）羟氨（hydroxylamineHA）甲磺酸乙酯（ethylmathanesulfonateEMS）

N-甲基-N’-硝基-N-亚硝基胍（N-mathyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidionNNG）产生－－－错义突变第56页,共77页，2024年2月25日，星期天NH2OH(Hydroxylamine

HA羟胺)C(i)A(a)HNHHOC(a)HAHNHHHOHNHHOHNHHOHNHHONH第57页,共77页，2024年2月25日，星期天3、嵌合剂的致突变作用吖啶橙(AcridineOrangeAO)扁平染料分子溴化乙锭(EthidiumBromideEB)-ATTTTTCG--TAAAAAGC--ATTTCG--TAAAGC-TAOT-ATEBTTTTCG--TA分子插入AOEB-ATTTCG--TAAAGC--ATX’TTTTCG--TAXAAAAGC-XAAAAGC-结果产生－－－移框突变第58页,共77页，2024年2月25日，星期天5、

增变基因（mutatorgene）w.t.维持遗传的稳定性mut.

随机引起其他各类基因的突变4、转座成分的致突变作用生物体内有些基因与整个基因组的突变频率直接相关其突变时，整个基因组的突变频率明显上升第59页,共77页，2024年2月25日，星期天增变基因类别：a、DNApolymerase相关基因3’

5’校正功能突变b、错配修复系统的基因MCE(mismatchcorrectionenzyme)c、DNA

损伤修复系统基因错配，损伤修复功能丧失突变率升高第60页,共77页，2024年2月25日，星期天6、紫外线的致突变作用---嘧啶二聚体(TTdimer)∧U.V.…CTTA…第61页,共77页，2024年2月25日，星期天

脱氨氧化

U.V.CUA(a)U.V.U.V.H2OH++OH-C(a)

C(i)A(a)

脱嘌呤造成的突变：碱基替代、缺失、重复、移框第62页,共77页，2024年2月25日，星期天7、突变热点（MutationHotpoint）基因自发突变的频率是一定的DNA分子上某些位点的突变频率大大平均数，这样的位点称为－－－－第63页,共77页，2024年2月25日，星期天a)重复序列（repetitiveseq.）/palindromicseq.e.g.Lac.Operon---CTGGCTGGCTGG---

b)m5Cc)不同诱变剂作用位点不同，转座子插入位点不同UCm5CT脱氨氧化复制时，模板与新生链间滑动错配缺失，插入突变复制期发生在新生链上不发生突变，若发生在模板链上很快突变非复制期突变频率50％第64页,共77页，2024年2月25日，星期天DNA的损伤修复与突变Mutagen(诱变剂）完全修复DNA损伤碱基的化学反应损伤的修复突变突变生成第65页,共77页，2024年2月25日，星期天转位因子

第66页,共77页，2024年2月25日，星期天转位因子

转位因子（transposableelement）即可移动的基因成分（可移动基因，movablegenemob），是指能够在一个DNA分子内部或两上DNA分子之间移动的DNA片段。在细菌中指在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的DNA片段（文献上有时形象地称其为是跳跃基因，jumpinggene）。转位也是DNA重组的一种形式。

第67页,共77页，2024年2月25日，星期天

移动基因最早由美国冷泉港实验室（coldspringHarborLaboratory）的女科学家B.MClintock于上个世纪40年代晚期在玉米中首次发现的。60年代，为J.A.Shapirc研究大肠杆菌高效突变实验证实。1983年荣获诺贝尔生物学医学奖。第68页,共77页，2024年2月25日，星期天（一）转位因子的种类及特征细菌的转位因子包插入序列，转座子及可转座的噬菌体。

1.插入序列（insertionsequence,IS）

IS的形体图TSTransposasegeneTSIRIRTStargetsite靶位点Transposasegene转位酶基因IRinvertedrepeated反向（倒转重复顺序）第69页,共77页，2024年2月25日，星期天（1）IS是一类较小的转位因子，长度约700-2000bp，按发现顺序IS1、IS2…命名，只携带转移的必需基因，不含有其它偏码蛋白质结构基因，本身没有表型效应。（2）IS两侧为反向（倒转）重复顺序（IR,16-41bp），中间为转位酶基因.（3）IS到处活动，可以插入到E.coli染色体的各个位置上，也可以插入到质粒和某些噬菌体基因组上，甚至同一基因不同位点上。这种插入作用可以双向进行，可以是正向，也可以是反向插入IS这种移动方式称为转位作用（transposition）。（4）在一个世代的细菌中有1次插入。*IR（反向倒转重复序列）：GGAAGGT、、、ACCTTC