第五章 DNA损伤与修复和基因突变.ppt

1、第十章 DNA损伤与修复和基因突变,10.1 DNA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-oxoG,P/P,复制错误,核苷类似物,mC,U,10.1.1 DNA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,正确配对,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

2、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,10.1.3 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: GC AT,

3、碱基脱落: 甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤7N烷基化，活化糖苷键，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 （CU）,羟胺脱甲基 （TC）,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,10.2 DNA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

4、易错修复（SOS修复）,常见的DNA损伤及其修复机制,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。,Base Excision Repair,DNA的损伤的切除修复,碱基缺陷或错配,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

5、),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102103倍,错配修复系统 (MRS Mismatch Repair System),DNApol (= 10-8) 经第二次校正= 10-11,错配修复系统组成（Mismatch repair system）,DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶),DNA polymerase 填补单链 DNA 缺口,Helicase SSB 外切核酸酶 (和) 连接酶,MCE (mismatch correct enzyme) 3 subun

6、its mut H, L, S,扫描新生链中错配碱基,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DNA,Mis-paired bases,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

7、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/TCAGTC,AGCTAGTCAT/TCAGTC TCGATCANNNNGTCAG,Replication stops at T/T dimer,Error-prone polymerase a

8、llows replication to proceed, albeit inaccurately,SOS response:,RecA-P的三种功能,当DNA复制受阻/ DNA damaged,当DNA复制度过难关后,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（checkpoint control，又称关卡控

9、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,哺乳类动物的细胞周期检查点控制机制,10.3 基因的突变,一 突变的意义 (一) 突变是进化、分化的分子基础 进化过程是突变的不断发生所造成的。没 有突变就没有今天的五彩缤纷的世界。遗传 学家认为：没有突变就不会有遗传学。 大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，叫自发突变或自然突变（spontaneous mutation）。,(二) 突变导致基因型改变 这种突变只有基因型的改变，而没有可察 觉的表型改变。 多态性 (polymophism)：是用来描述个体之间的基因型差别现象。利用DNA多态性 分析技术，可识别个体差异和种、株间

10、差 异。,(三) 突变导致死亡 突变发生在对生命至关重要的基因上，可 导致个体或细胞的死亡。 (四) 突变是某些疾病的发病基础 包括遗传病、肿瘤及有遗传倾向的病。有 些已知其遗传缺陷所在。但大多数尚在研 究中。,二、引发损伤突变的因素 大量的突变属自发突变，发生频率 为10-9。 用生活环境中导致突变的因素，在实验室可以诱发突变，称为诱变，导致 突变的因素称为诱变剂。主要有物理 和化学因素。,物理因素：紫外线和各种辐射,化学因素：常见的化学诱变剂,突变的类型 (一)点突变 (point mutation) 指DNA分子上一个碱基的变异（置换）。 1. 转换 (transition)： 发生在同

11、型碱基之间的置换 2. 颠换 (transversion)： 发生在异型碱基之间的置换,镰形红细胞贫血病人的Hb (HbS) 与正常成人的Hb (HbA)比较,(二)缺失(deletion)和插入(insertion) 1. 缺失：一个碱基或一段核苷酸链从 DNA大分子上消失 2. 插入： DNA大分子上多了一个碱 基或一段核苷酸链,框移突变 (frame-shift mutation): 缺失和插入引起的三联体密码的阅读方 式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改 变。 正常5 GCA GUA CAU GUC 丙 缬 组 缬 缺失C 5 GAG UAC AUG UC 谷 酪 蛋 丝,根据遗传信息的改变方式 ：,1）同义突变 2）错义突变 3）无义突变,移码突变的基因间突变的抑制