外源性化學(xué)物的致突變作用.ppt

外源性化學(xué)物的致突變作用,本次課程的主要內(nèi)容,一、遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能 二、遺傳損傷的分類 三、遺傳毒性的形成機(jī)制 四、突變的后果 五、突變的遺傳學(xué)終點(diǎn) 六、基因突變的分類和檢測(cè) 七、機(jī)體對(duì)突變的作用： 八、致突變實(shí)驗(yàn)的組合實(shí)驗(yàn) 九、抗突變研究的進(jìn)展,一、遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,基因、染色體與DNA,DNA，基因和染色體的關(guān)系 DNA的復(fù)制：是遺傳物質(zhì)的自我復(fù)制，屬于半保留復(fù)制，其中只有一個(gè)母板才能進(jìn)行復(fù)制 遺傳法則 染色體的基本結(jié)構(gòu)：,真核生物染色體的特點(diǎn),1.非重復(fù)序列 2.中度重復(fù)序列 3.高度重復(fù)序列衛(wèi)星DNA 4.多基因家族 5.中斷基因：一個(gè)蛋白質(zhì)的基因組成是由許多不連續(xù)的基因外顯子組成,蛋白質(zhì)的合成,1.mRNA與遺傳密碼 2.tRNA的結(jié)構(gòu)和功能 3.核糖體,突變的物質(zhì)基礎(chǔ),突變的概念： 突變一般情況對(duì)機(jī)體是有害的 基因組與基因組計(jì)劃：人類只有一個(gè)基因組，大約有萬個(gè)基因。人類基因組計(jì)劃是美國科學(xué)家于年率先提出的，旨在闡明人類基因組億個(gè)堿基對(duì)的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息，使人類第一次在分子水平上全面地認(rèn)識(shí)自我。計(jì)劃于年正式啟動(dòng)1999年，中國獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃，承擔(dān)1%也就是號(hào)染色體上的萬個(gè)堿基對(duì)的測(cè)序任務(wù)，成為參與這一計(jì)劃的惟一發(fā)展中國家。 總召集人:楊煥明 南方組:陳竺,北方組:強(qiáng)伯勤,突變與癌變,二次突變學(xué)說 突變與癌變的相關(guān)性,遺傳物質(zhì)的分布,大部分在核內(nèi)，分布為染色體 小部分在核外細(xì)胞器上如：線粒體DNA，無內(nèi)含子，是自由基攻擊的重點(diǎn) 共同點(diǎn)：都受到膜的保護(hù)，因此只有具有膜通透性或代謝為可以通透膜的物質(zhì)才具有遺傳毒性,二、遺傳損傷的分類,1基因突變 2 染色體畸變 3染色體數(shù)目的異常 4.DNA損傷 5.誘重組效應(yīng),1.基因突變 （1）單點(diǎn)突變和多點(diǎn)突變：轉(zhuǎn)換和顛換 （2）移碼突變 （3）基因的大片段損傷：也稱基因重排 （4）同義、錯(cuò)義和無義突變 （5）正向突變和回復(fù)突變： 野生型 突變型 （6）其他類型的突變：例如發(fā)生在內(nèi)含子或調(diào)節(jié)基因編碼上的突變（如啟動(dòng)子）,正向突變,反向突變,2 染色體畸變 概念：由于染色體或染色單體發(fā)生斷裂，造成染色體或單體的缺失、重排，而出現(xiàn)的染色體或染色單體結(jié)構(gòu)異常，也稱為染色體結(jié)構(gòu)畸變 如果一條染色體畸變稱為結(jié)構(gòu)雜合體 如果一隊(duì)同源染色體產(chǎn)生了相同的結(jié)構(gòu)變異，稱為結(jié)構(gòu)純合體 一般情況下，物質(zhì)只能誘發(fā)DNA單鏈斷裂 （1）斷裂 （2）斷片或微小的缺失 （3）倒位 （4）形成無著絲粒染色體環(huán) （5）插入和重復(fù) （6）易位 （7）著絲粒融合發(fā)生的染色體的畸變 （8）其他情況,3.染色體數(shù)目的異常 多倍體或單倍體,4.DNA損傷 包括 （1）是制DNA分子中一級(jí)結(jié)構(gòu)中的堿基、脫氧核糖和磷酸的改變 （2）二級(jí)或三級(jí)結(jié)構(gòu)及其構(gòu)象動(dòng)態(tài)變化的異常 其中以（1）中的堿基改變最常見，也最嚴(yán)重,5.誘重組效應(yīng) 同源DNA序列之間的遺傳重組是減數(shù)分裂的一部分，并對(duì)構(gòu)成群體的遺傳變異是必需的，發(fā)生在形成配子的過程中,三、遺傳毒性的形成機(jī)制,一.直接以DNA為靶的損傷機(jī)制 二.不以DNA為靶的損傷機(jī)制,機(jī)制研究：堿基損傷,1外源性化學(xué)物對(duì)DNA的直接攻擊，如烷化劑，可以非特異的攻擊DNA 平面大分子嵌入DNA鏈造成的突變 堿基取代；很多抗癌藥物的原理；5-FU 化學(xué)物對(duì)堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變和破壞。,機(jī)制研究 DNA 鏈的損傷,對(duì)DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，DNA螺旋破壞 與基因中蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合，特別是與組蛋白共價(jià)結(jié)合 DNA加合物的形成 氧化損傷使DNA結(jié)構(gòu)斷裂,機(jī)制研究,對(duì)紡錘體的毒作用 對(duì)DNA修復(fù)的酶的作用（MGMT和PARP） 改變體內(nèi)微量元素的分布，從而影響DNA的合成和修復(fù)；如鉛的遺傳毒性 外源性物質(zhì)對(duì)GJIC的影響，1是直接影響GJIC的功能，二是通過影響細(xì)胞的信使影響GJIC 定標(biāo)損傷，非定標(biāo)損傷，旁觀者效應(yīng) ，用熒光黃如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),四、突變的后果,對(duì)生殖細(xì)胞而言：可以遺傳給后代，造成子代的病變或者在子代中潛伏下來，形成遺傳負(fù)荷 對(duì)體細(xì)胞而言是造成腫瘤，衰老，動(dòng)脈硬化的原因,五、突變的遺傳學(xué)終點(diǎn),DNA完整性改變（形成加合物，斷裂，交聯(lián)） DNA重排或交換 DNA堿基序列改變 染色體完整性改變 染色體分離異常,六、基因突變的分類和檢測(cè),堿基置換：野生型P53轉(zhuǎn)變?yōu)橥蛔冃蚉53 檢驗(yàn) TA100 移碼突變：TA98 大段損傷 所有這些都可以用分子生物學(xué)手段，通過PCR技術(shù)后，電泳分出需要的條帶，用內(nèi)切酶酶切后再電泳，就可以分析DNA組成，或者直接讓公司分析,基因突變的非特異檢測(cè)手段新技術(shù) SCGE,原理： 觀察 目的 可以觀察的內(nèi)容：DNA損傷，DNA結(jié)合 細(xì)胞調(diào)亡,染色體畸變,斷裂 倒位 插入和重復(fù) 易位 檢查方法：微核技術(shù)：,微核技術(shù),原理：檢測(cè)染色單體損傷或紡錘體損傷 觀察,姐妹染色體交換技術(shù),程序外DNA合成,也稱非程序性DNA合成：當(dāng)DNA受損傷時(shí)，發(fā)生在S期半保留DNA程序合成之外的DNA合成,染色體數(shù)目異常,3倍體 檢測(cè)手段：核型檢查，用普通光學(xué)顯微鏡，遺傳學(xué)手段就可以,新技術(shù),轉(zhuǎn)基因鼠：轉(zhuǎn)入鼠一個(gè)含有轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，5非翻譯區(qū)，翻譯起始密碼子，終止密碼子，3非翻譯區(qū)和一個(gè)PolyA的基因序列 方法：1原核顯微注射法（受精卵直徑70m照射器0.75m) 2逆轉(zhuǎn)錄病毒感染法 3胚胎干細(xì)胞法,新技術(shù),熒光原位雜交（FISH）,七、機(jī)體對(duì)突變的作用：1修復(fù)突變,光修復(fù) 適應(yīng)性修復(fù) 切除修復(fù)（糖基化酶，插入酶，聚合酶，連接酶） 修復(fù)后修復(fù) SOS修復(fù),機(jī)體對(duì)突變的作用：抵抗突變,代謝酶的多態(tài)性 研究的比較我的是CYP1A1，P450系，脫氫酶等 修復(fù)功能的個(gè)體性差異：MGMT PARP,八、致突變實(shí)驗(yàn)的組合實(shí)驗(yàn),原因：一種實(shí)驗(yàn)往往漏檢 一級(jí)實(shí)驗(yàn)：Ames 實(shí)驗(yàn)和一種體外細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn) 二級(jí)實(shí)驗(yàn)：幾種體外實(shí)驗(yàn)組合,實(shí)驗(yàn)方法的選擇和利用,1.對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求： 經(jīng)費(fèi)少，周期短，靈敏，特異，重復(fù)性好，結(jié)果要好 2.方法比較 基因突變要比染色體損傷敏感些 微生物實(shí)驗(yàn)方法不如哺乳動(dòng)物實(shí)驗(yàn)效果好,實(shí)驗(yàn)方法的選擇和利用,3.選擇利用的原則 配套實(shí)驗(yàn) 先短期實(shí)驗(yàn)，后長期實(shí)驗(yàn) 先體外實(shí)驗(yàn)后體內(nèi)實(shí)驗(yàn) 兼顧基因突變和染色體畸變 生殖細(xì)胞和體細(xì)胞都要考慮,實(shí)驗(yàn)方法的選擇和利用,4.結(jié)果評(píng)價(jià)（3組實(shí)驗(yàn)） 劑量-反應(yīng)關(guān)系 結(jié)果一致時(shí)，判定容易 結(jié)果不一致時(shí) A：補(bǔ)充實(shí)驗(yàn) B：增加長期實(shí)驗(yàn),突變實(shí)驗(yàn)中需要注意的一些問題,1 對(duì)照的設(shè)立 2 S9的制備 3 盲法在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用,九、抗突變研究的進(jìn)展,機(jī)制研究的方法： 先染毒 同時(shí)染毒和加研究物 先加待研究物，再染毒,考慮問題的主要角度：,待研究物對(duì)前體的代謝抑制 待研究物對(duì)細(xì)胞膜的穩(wěn)定作用 待研究物對(duì)細(xì)胞染色體的穩(wěn)定作用,抗突變劑對(duì)抗自由基的作用,1直接的抗自由基作用 2.作用于與自由基有關(guān)的酶：GSH，UDPGA，SOD以及,考慮問題的主要角度：,修復(fù)已經(jīng)發(fā)生的突變 提高細(xì)胞間的信息傳遞,細(xì)胞信息傳遞作用在抗突變中的重要性,1.視黃醛，類胡蘿卜素，綠茶成分等有機(jī)成分能增強(qiáng)細(xì)胞間隙信息傳導(dǎo) 2.金屬元素對(duì)細(xì)胞信息傳導(dǎo)的影響,其他因素的影響,1.免疫因素的影響 :胡蘿卜素提高免疫了也是其抗腫瘤的機(jī)制之一 2. O6-甲基鳥嘌呤-DNA-甲基轉(zhuǎn)移酶（MG