6外源化學(xué)物的致突變作用

1、第七章 外源化學(xué)物的致突變作用及其評(píng)價(jià)重慶醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院重慶醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院衛(wèi)生毒理學(xué)教研室衛(wèi)生毒理學(xué)教研室 汪汪 洋洋第一節(jié) 概 述基本概念1.1.遺傳遺傳(hereditary)(hereditary)：生物通過(guò)不同的繁殖方式保證物種生物通過(guò)不同的繁殖方式保證物種延續(xù)的過(guò)程。延續(xù)的過(guò)程。意義：保持生物物種特性的穩(wěn)定意義：保持生物物種特性的穩(wěn)定遺傳的穩(wěn)定是相對(duì)的遺傳的穩(wěn)定是相對(duì)的: :遺傳物質(zhì)的自發(fā)突變遺傳物質(zhì)的自發(fā)突變個(gè)體發(fā)育過(guò)程中環(huán)境因素的影響個(gè)體發(fā)育過(guò)程中環(huán)境因素的影響2.2.變異變異(variation)(variation)：親子之間或子代個(gè)體之間性狀的不同程親子之間或子

2、代個(gè)體之間性狀的不同程 度的差異。度的差異。意義：生物物種推陳出新的來(lái)源意義：生物物種推陳出新的來(lái)源產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：親代雜交產(chǎn)生基因重組親代雜交產(chǎn)生基因重組基因突變基因突變?nèi)旧w或細(xì)胞質(zhì)的變化染色體或細(xì)胞質(zhì)的變化 最高的個(gè)體存活并產(chǎn)生最多后代3.3.突變突變(mutation):(mutation):遺傳物質(zhì)本身的變化及其引起的變異，是遺傳物質(zhì)本身的變化及其引起的變異，是遺傳物質(zhì)的一種可遺傳的變異。遺傳物質(zhì)的一種可遺傳的變異。4.4.自發(fā)突變自發(fā)突變(spontaneous mutation):(spontaneous mutation):遺傳物質(zhì)在沒(méi)有人為遺傳物質(zhì)在沒(méi)有人為因素干擾時(shí)自然

3、產(chǎn)生的突變。因素干擾時(shí)自然產(chǎn)生的突變。原因：原因：DNADNA復(fù)制錯(cuò)誤；復(fù)制錯(cuò)誤；DNADNA自發(fā)的化學(xué)變化自發(fā)的化學(xué)變化特點(diǎn)：發(fā)生率低；與物種的進(jìn)化有關(guān)特點(diǎn)：發(fā)生率低；與物種的進(jìn)化有關(guān)(a)胞嘧啶脫氨產(chǎn)生尿嘧啶(b)5-甲基胞嘧啶脫氨產(chǎn)生胸腺嘧啶堿基的正常配對(duì)胸腺嘧啶(T)腺嘌呤(A)胞嘧啶(C)鳥(niǎo)嘌呤(G)正常表型梅花鹿及其白化病母親5.5.誘發(fā)突變誘發(fā)突變(induced mutation):(induced mutation):利用輻射、生物因素、化學(xué)物利用輻射、生物因素、化學(xué)物質(zhì)等造成的突變。質(zhì)等造成的突變。培育和選擇優(yōu)良品種培育和選擇優(yōu)良品種引起人類健康危害引起人類健康危害三倍體的

4、柴胡三倍體萱草花6.6.致突變物致突變物/ /誘變劑誘變劑(mutagen):(mutagen):能引起突變的物質(zhì)。能引起突變的物質(zhì)。 遺傳毒物（遺傳毒物（genotoxic agent,genotoxicantgenotoxic agent,genotoxicant） * 直接致突變物（直接致突變物（direct-acting mutagendirect-acting mutagen）：不需要代謝活化、：不需要代謝活化、以化學(xué)物原型即可引起突變的物質(zhì)。以化學(xué)物原型即可引起突變的物質(zhì)。* 間接致突變物（間接致突變物（indirect-acting mutagenindirect-acting

5、mutagen）：本身不具有致：本身不具有致突變活性，必須經(jīng)過(guò)代謝活化后才具有致突變性。突變活性，必須經(jīng)過(guò)代謝活化后才具有致突變性。7.7.致突變作用致突變作用(mutagenesis):(mutagenesis):外來(lái)因素，特別是化學(xué)物質(zhì)引起外來(lái)因素，特別是化學(xué)物質(zhì)引起細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的能力。這種改變可以隨著細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的能力。這種改變可以隨著細(xì)胞分裂過(guò)程而傳遞。細(xì)胞分裂過(guò)程而傳遞。8.8.致突變性（致突變性（mutagenicitymutagenicity）：化學(xué)物質(zhì)或其他環(huán)境因子引起：化學(xué)物質(zhì)或其他環(huán)境因子引起遺傳物質(zhì)發(fā)生突變的性質(zhì)。遺傳物質(zhì)發(fā)生突變的性質(zhì)。突變是

6、致突變作用的后果。突變是致突變作用的后果。9.9.遺傳毒理學(xué)遺傳毒理學(xué)(genetic toxicology):(genetic toxicology):研究化學(xué)性和放射性研究化學(xué)性和放射性物質(zhì)的致突變作用以及人類接觸致突變物可能引起的健康物質(zhì)的致突變作用以及人類接觸致突變物可能引起的健康效應(yīng)的一門學(xué)科。效應(yīng)的一門學(xué)科。研究?jī)?nèi)容：研究?jī)?nèi)容：1.1.致突變作用的機(jī)制致突變作用的機(jī)制2.2.應(yīng)用檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和探究致突變物應(yīng)用檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和探究致突變物3.3.提出評(píng)價(jià)致突變健康危害的新方法提出評(píng)價(jià)致突變健康危害的新方法第二節(jié)第二節(jié) 突變的類型突變的類型一.基因突變二.染色體畸變損傷的性質(zhì)和程度：損傷

7、的性質(zhì)和程度：基因突變基因突變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)畸變?nèi)旧w數(shù)目畸變?nèi)旧w數(shù)目畸變一.基因突變定義：基因中定義：基因中DNADNA序列的變化。因局限在特序列的變化。因局限在特定部位，又稱點(diǎn)突變定部位，又稱點(diǎn)突變(point mutation)(point mutation)。根據(jù)不同的依據(jù)分類根據(jù)不同的依據(jù)分類 （一）根據(jù)基因結(jié)構(gòu)改變分類1.1.堿基置換堿基置換(base substitution)(base substitution)指某一堿基配對(duì)性能改變或指某一堿基配對(duì)性能改變或脫落所致的突變。脫落所致的突變。堿基配對(duì)性能改變或脫落堿基配對(duì)性能改變或脫落相應(yīng)相應(yīng)位點(diǎn)錯(cuò)誤配對(duì)位點(diǎn)錯(cuò)誤配對(duì)

8、下次復(fù)制正常配對(duì)下次復(fù)制正常配對(duì)原來(lái)堿基對(duì)被錯(cuò)誤堿基對(duì)置換。原來(lái)堿基對(duì)被錯(cuò)誤堿基對(duì)置換。轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換(transition):(transition):嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶顛換顛換(transversion):(transversion):嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶2.2.移碼突變移碼突變(frameshift mutation)(frameshift mutation)指發(fā)指發(fā)生一或幾對(duì)生一或幾對(duì)(3n)(3n)堿基減少堿基減少或增加，以致從受損點(diǎn)開(kāi)始或增加，以致從受損點(diǎn)開(kāi)始?jí)A基序列完全改變，形成錯(cuò)堿基序列完全改變，形成錯(cuò)誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯成不正常誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯成不正常的氨基酸。的氨基酸。可產(chǎn)

9、生無(wú)功能肽鏈，故易成為可產(chǎn)生無(wú)功能肽鏈，故易成為致死性突變致死性突變第44位增加一對(duì)C:G，其后氨基酸序列完全改變3.3.大片段損傷（大片段損傷（large fragment damagelarge fragment damage）DNADNA序列上較長(zhǎng)一段序列的重排，包括大段（序列上較長(zhǎng)一段序列的重排，包括大段（1 1到數(shù)千個(gè)堿到數(shù)千個(gè)堿基）的缺失、插入、取代、重復(fù)和倒位?；┑娜笔?、插入、取代、重復(fù)和倒位。以缺失最常見(jiàn)以缺失最常見(jiàn)（二）根據(jù)突變的效應(yīng)1.1.同義突變同義突變( (same-sense，or synonymous mutation) )由由于生物的遺傳密碼子存在于生物的遺傳密

10、碼子存在兼并現(xiàn)象，在某一堿基改兼并現(xiàn)象，在某一堿基改變后，在原來(lái)的氨基酸位變后，在原來(lái)的氨基酸位置轉(zhuǎn)譯成同一種氨基酸。置轉(zhuǎn)譯成同一種氨基酸。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能不發(fā)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能不發(fā)生改變。生改變。第44位堿基CG,轉(zhuǎn)錄后密碼子ACCACA,二者均指導(dǎo)合成蘇氨酸2.2.錯(cuò)義突變錯(cuò)義突變(missense mutation)(missense mutation)由于堿基的置換使密由于堿基的置換使密碼子發(fā)生改變，在原碼子發(fā)生改變，在原來(lái)的氨基酸位置轉(zhuǎn)譯來(lái)的氨基酸位置轉(zhuǎn)譯成另一種氨基酸。對(duì)成另一種氨基酸。對(duì)功能的影響取決于替功能的影響取決于替代的氨基酸及其在蛋代的氨基酸及其在蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中所處白

11、質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中所處的位置。的位置。第44位堿基TA，轉(zhuǎn)錄后密碼子AUG UUG，甲硫氨酸亮氨酸* 致死突變（致死突變（lethal mutationlethal mutation）：錯(cuò)義突變發(fā)生在關(guān)鍵基：錯(cuò)義突變發(fā)生在關(guān)鍵基因，影響蛋白質(zhì)活性，改變細(xì)胞或生物體表型，引起細(xì)因，影響蛋白質(zhì)活性，改變細(xì)胞或生物體表型，引起細(xì)胞死亡。胞死亡。* 滲漏突變（滲漏突變（leaky mutationleaky mutation）：錯(cuò)義突變的產(chǎn)物有部分：錯(cuò)義突變的產(chǎn)物有部分活性，表型介于完全的突變型和野生型之間。活性，表型介于完全的突變型和野生型之間。* 中性突變（中性突變（neutral mutationne

12、utral mutation）：錯(cuò)義突變不影響或基：錯(cuò)義突變不影響或基本不影響蛋白質(zhì)活性，無(wú)明顯的表型改變。本不影響蛋白質(zhì)活性，無(wú)明顯的表型改變。* 中性突變和同義突變統(tǒng)稱中性突變和同義突變統(tǒng)稱沉默突變（沉默突變（silent mutationsilent mutation）3.3.無(wú)義突變無(wú)義突變(nonsense mutation)(nonsense mutation)由于一對(duì)或幾對(duì)堿基對(duì)的改由于一對(duì)或幾對(duì)堿基對(duì)的改變而使決定某一氨基酸的密變而使決定某一氨基酸的密碼子變成一個(gè)終止密碼子碼子變成一個(gè)終止密碼子（UAA,UAG,UGA)UAA,UAG,UGA)，轉(zhuǎn)譯在相應(yīng)的位點(diǎn)提前終轉(zhuǎn)譯在相應(yīng)

13、的位點(diǎn)提前終止，產(chǎn)生一條不完全的多肽止，產(chǎn)生一條不完全的多肽鏈，通常是沒(méi)有功能的。鏈，通常是沒(méi)有功能的。 第58位堿基GC，轉(zhuǎn)錄后UCAUGA，絲氨酸終止密碼4.4.終止密碼突變終止密碼突變(termination codon mutation)(termination codon mutation)當(dāng)當(dāng)DNADNA分子中一個(gè)終止密碼發(fā)生突變，成為編碼氨基酸的密分子中一個(gè)終止密碼發(fā)生突變，成為編碼氨基酸的密碼子時(shí)，多肽鏈的合成將繼續(xù)進(jìn)行下去，肽鏈延長(zhǎng)直到遇碼子時(shí)，多肽鏈的合成將繼續(xù)進(jìn)行下去，肽鏈延長(zhǎng)直到遇到下一個(gè)終止密碼子時(shí)方停止，因而形成了延長(zhǎng)的異常肽到下一個(gè)終止密碼子時(shí)方停止，因而形成了延

14、長(zhǎng)的異常肽鏈。也叫延長(zhǎng)突變鏈。也叫延長(zhǎng)突變(elongation mutation)(elongation mutation)。 不同類型基因突變產(chǎn)生不同構(gòu)型和活性的蛋白（三）按照突變的方向1.1.正向突變（正向突變（forward mutationforward mutation） 野生型（野生型（wild typewild type） 突變型突變型(mutant)(mutant)2.2.回復(fù)突變（回復(fù)突變（backward mutationbackward mutation）突變型（突變型（mutantmutant） 野生型（野生型（wild typewild type） 二、染色體結(jié)構(gòu)畸

15、變結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：染色體斷裂和錯(cuò)誤重接。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：染色體斷裂和錯(cuò)誤重接。斷裂后不重接或重接不在原處即可出現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)異常。斷裂后不重接或重接不在原處即可出現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)異常。染色單體型染色單體型(chromatid-type)(chromatid-type)：一條染色單體：一條染色單體 復(fù)制前復(fù)制前染色體型染色體型(chromosome-type) (chromosome-type) ：兩條染色單體：兩條染色單體 復(fù)制后復(fù)制后（一）染色體型畸變1.1.無(wú)著絲粒斷片（無(wú)著絲粒斷片（acentric fragmentacentric fragment）和）和 缺失缺失(deletion)(deletion

16、)一條染色體發(fā)生一條染色體發(fā)生1 1次或多次斷裂后而不重接，次或多次斷裂后而不重接，就會(huì)出現(xiàn)就會(huì)出現(xiàn)1 1個(gè)或多個(gè)無(wú)著絲粒斷片和一個(gè)缺失個(gè)或多個(gè)無(wú)著絲粒斷片和一個(gè)缺失了部分染色質(zhì)并帶有著絲粒的異常染色體。了部分染色質(zhì)并帶有著絲粒的異常染色體。圖圖7-1 7-1 斷片斷片2.2.環(huán)狀染色體（環(huán)狀染色體（ring chromosomering chromosome）染色體兩臂各發(fā)生一次斷裂，斷端重接形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。染色體兩臂各發(fā)生一次斷裂，斷端重接形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。3.3. 倒位倒位(inversion)(inversion)染色體發(fā)生兩次不同部位斷裂，中間片段旋轉(zhuǎn)染色體發(fā)生兩次不同部位斷裂，中間片段旋

17、轉(zhuǎn)180180后再重接。后再重接。臂內(nèi)倒位、臂間倒位臂內(nèi)倒位、臂間倒位4.4.易位易位(translocation)(translocation)：染色體片段位置的改變：染色體片段位置的改變 相互易位：兩個(gè)染色體發(fā)生斷裂后，兩個(gè)染色體片段分別重相互易位：兩個(gè)染色體發(fā)生斷裂后，兩個(gè)染色體片段分別重接到另一個(gè)染色體上。接到另一個(gè)染色體上。 羅氏易位（著絲粒融合）：兩條染色體長(zhǎng)臂融合形成一條染羅氏易位（著絲粒融合）：兩條染色體長(zhǎng)臂融合形成一條染色體，同時(shí)失去短臂。色體，同時(shí)失去短臂。5.5.插入插入(insertion)(insertion)和重復(fù)（和重復(fù)（duplicationduplicatio

18、n）插入：一個(gè)染色體染色體片段重接到另一個(gè)發(fā)生一次斷裂的染插入：一個(gè)染色體染色體片段重接到另一個(gè)發(fā)生一次斷裂的染色體上。色體上。 重復(fù)：一套染色體中一個(gè)染色體片段出現(xiàn)不止重復(fù)：一套染色體中一個(gè)染色體片段出現(xiàn)不止1次。次。（二）染色單體型畸變某一位點(diǎn)的損傷只涉及姐妹染色單體中的一條某一位點(diǎn)的損傷只涉及姐妹染色單體中的一條包括：斷裂、缺失、染色單體交換等包括：斷裂、缺失、染色單體交換等染色單體交換（染色單體交換（chromatid exchangechromatid exchange）：兩條或多條染色單體斷）：兩條或多條染色單體斷裂后異位重接的結(jié)果。裂后異位重接的結(jié)果。姐妹染色單體交換（姐妹染色單

19、體交換（sister chromatid exchangesister chromatid exchange）: :某個(gè)染色體某個(gè)染色體在姐妹染色單體之間發(fā)生同源片段的互換。在姐妹染色單體之間發(fā)生同源片段的互換。穩(wěn)定和不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)異常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)異常：穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)異常：可通過(guò)重復(fù)的細(xì)胞分裂傳給子代細(xì)胞?？赏ㄟ^(guò)重復(fù)的細(xì)胞分裂傳給子代細(xì)胞。缺失、倒位、重復(fù)、易位。缺失、倒位、重復(fù)、易位。不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)異常：不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)異常：因重要遺傳物質(zhì)的喪失或有絲分裂機(jī)械障礙導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因重要遺傳物質(zhì)的喪失或有絲分裂機(jī)械障礙導(dǎo)致細(xì)胞死亡。無(wú)著絲粒片段、雙中心粒染色體、環(huán)狀無(wú)著絲粒片段、雙中心粒染色體、環(huán)狀染色體、不

20、對(duì)稱重排等染色體、不對(duì)稱重排等 。三.染色體數(shù)目異常染色體數(shù)目改變也稱基因組突變（染色體數(shù)目改變也稱基因組突變（genomic mutationgenomic mutation），指基），指基因組中染色體數(shù)目發(fā)生的改變。因組中染色體數(shù)目發(fā)生的改變。以二倍體細(xì)胞染色體數(shù)目為標(biāo)準(zhǔn)，可表現(xiàn)為：以二倍體細(xì)胞染色體數(shù)目為標(biāo)準(zhǔn)，可表現(xiàn)為：整倍性畸變（整倍性畸變（euploidy aberrationeuploidy aberration）：染色體組）：染色體組非整倍性畸變（非整倍性畸變（aeuploidy aberrationaeuploidy aberration）：染色體）：染色體1.1.非整倍體非整

21、倍體(aneuploidy)(aneuploidy)細(xì)胞染色細(xì)胞染色體數(shù)目比正常細(xì)胞染色體數(shù)目比正常細(xì)胞染色體數(shù)目增加或減少一條體數(shù)目增加或減少一條或多條?；蚨鄺l。缺體缺體:2n-2 :2n-2 單體單體:2n-1:2n-1三體三體:2n+1 :2n+1 四體四體:2n+2:2n+213三體綜合征18三體綜合征 常染色體的單體型嚴(yán)重破壞基因平衡，因而是致死性的；常染色體的單體型嚴(yán)重破壞基因平衡，因而是致死性的；但兒童或成人可見(jiàn)但兒童或成人可見(jiàn)X X染色體單體的女性。染色體單體的女性。 除除2121、1313、1818和和2222號(hào)染色體三體型外，其他三體型多導(dǎo)致號(hào)染色體三體型外，其他三體型多導(dǎo)

22、致流產(chǎn)。性染色體的三體型更常見(jiàn)。流產(chǎn)。性染色體的三體型更常見(jiàn)。 2.2.多倍體多倍體多倍體多倍體(polyploid)(polyploid)細(xì)胞染色體數(shù)目比正常細(xì)胞染色體數(shù)目細(xì)胞染色體數(shù)目比正常細(xì)胞染色體數(shù)目成倍增加。成倍增加。異倍體細(xì)胞在腫瘤組織十分常見(jiàn)。異倍體細(xì)胞在腫瘤組織十分常見(jiàn)。急性苯中毒對(duì)青蛙骨髓細(xì)胞染色體的影響急性苯中毒對(duì)青蛙骨髓細(xì)胞染色體的影響 正常核型非整倍性增加非整倍性減少 無(wú)著絲粒斷片收縮變短的染色體細(xì)長(zhǎng)化的染色體第三節(jié)第三節(jié) 外源化學(xué)物致突變作用的機(jī)制外源化學(xué)物致突變作用的機(jī)制基因突變和染色體結(jié)構(gòu)畸變的靶分子：基因突變和染色體結(jié)構(gòu)畸變的靶分子：DNADNA染色體數(shù)目畸變的

23、靶分子：與細(xì)胞分裂過(guò)程有關(guān)的成分染色體數(shù)目畸變的靶分子：與細(xì)胞分裂過(guò)程有關(guān)的成分 以以DNADNA為靶的直接致突變?yōu)榘械闹苯又峦蛔?不以不以DNADNA為靶的間接致突變?yōu)榘械拈g接致突變一、以DNA為靶的直接誘變堿基損傷堿基損傷DNADNA鏈?zhǔn)軗p鏈?zhǔn)軗p（一）堿基損傷1.1.堿基錯(cuò)配堿基錯(cuò)配烷化作用（烷化作用（alkylationalkylation）: :烷化劑提供烷基與烷化劑提供烷基與DNADNA共價(jià)結(jié)合的過(guò)程。共價(jià)結(jié)合的過(guò)程。烷化的堿基同樣表現(xiàn)出配對(duì)特性，是否錯(cuò)配取決于烷化的位置。烷化的堿基同樣表現(xiàn)出配對(duì)特性，是否錯(cuò)配取決于烷化的位置。最常發(fā)生烷化作用的位點(diǎn)是鳥(niǎo)嘌呤的最常發(fā)生烷化作用的位點(diǎn)是

24、鳥(niǎo)嘌呤的N-7N-7位位，其次是，其次是O-6O-6位，位，腺嘌呤的腺嘌呤的N-1N-1、N-3N-3、N-7N-7位也易烷化。位也易烷化。脫落：形成脫落：形成APAP位點(diǎn)位點(diǎn)( (apurinicor Apyrimidine siteapurinicor Apyrimidine site) )，不正確的堿基插入可引起突變。不正確的堿基插入可引起突變。烷化劑烷化劑(alkylating agent)(alkylating agent)是能將小的烷基轉(zhuǎn)移到其他分子上是能將小的烷基轉(zhuǎn)移到其他分子上的化學(xué)物質(zhì)，對(duì)的化學(xué)物質(zhì)，對(duì)DNADNA和蛋白質(zhì)都有強(qiáng)烈的烷化作用。和蛋白質(zhì)都有強(qiáng)烈的烷化作用。常見(jiàn)的

25、烷化劑有烷基磺酸酯、常見(jiàn)的烷化劑有烷基磺酸酯、N-N-亞硝基化合亞硝基化合物、氮芥等。臨床上常用的很多抗腫瘤藥也物、氮芥等。臨床上常用的很多抗腫瘤藥也是烷化劑，如環(huán)磷酰胺、氮芥、是烷化劑，如環(huán)磷酰胺、氮芥、BusulfanBusulfan。19431943年約克斯用脲烷對(duì)風(fēng)鈴草、百合和月見(jiàn)年約克斯用脲烷對(duì)風(fēng)鈴草、百合和月見(jiàn)草進(jìn)行了誘變育種。草進(jìn)行了誘變育種。2.2.平面大分子嵌入平面大分子嵌入DNADNA鏈：結(jié)構(gòu)扁平的嵌入劑（鏈：結(jié)構(gòu)扁平的嵌入劑（intercalating intercalating agentagent）分子插入到兩個(gè)相鄰的堿基對(duì)之間，造成移碼突變。）分子插入到兩個(gè)相鄰的堿

26、基對(duì)之間，造成移碼突變。 一般以靜電吸附的形式嵌入一般以靜電吸附的形式嵌入DNA單鏈的堿基之間雙螺旋相鄰多核苷酸鏈之間嵌入劑、插入突變劑嵌入劑、插入突變劑(intercalating mutagens)(intercalating mutagens)：通過(guò)：通過(guò)插入到插入到DNADNA雙螺旋雙鏈或單鏈的兩個(gè)相鄰堿基之間，起雙螺旋雙鏈或單鏈的兩個(gè)相鄰堿基之間，起到插入誘變的作用。他們的化學(xué)結(jié)構(gòu)都是扁平的分子，到插入誘變的作用。他們的化學(xué)結(jié)構(gòu)都是扁平的分子，易于在易于在DNADNA復(fù)制時(shí)插入。復(fù)制時(shí)插入。3.3.堿基類似物取代：結(jié)構(gòu)與堿基相似的化學(xué)物質(zhì)在堿基類似物取代：結(jié)構(gòu)與堿基相似的化學(xué)物質(zhì)在D

27、NADNA復(fù)制時(shí)能與正常的堿基競(jìng)爭(zhēng)取代其位置，造成復(fù)制時(shí)能與正常的堿基競(jìng)爭(zhēng)取代其位置，造成錯(cuò)誤配成，形成堿基置換。錯(cuò)誤配成，形成堿基置換。 例1.5-溴脫氧尿嘧啶取代胸腺嘧啶5-BU的酮式與腺嘌呤（A）配對(duì)5-BU烯醇式與鳥(niǎo)嘌呤（G）配對(duì)例2.2-氨基嘌呤取代鳥(niǎo)嘌呤2-AP與胸腺嘧啶（T）配對(duì)2-AP異構(gòu)體與胞嘧啶（C）配對(duì)4. 4. 堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)改變或破壞，發(fā)生置換或斷裂堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)改變或破壞，發(fā)生置換或斷裂鳥(niǎo)嘌呤脫氨基黃嘌呤，與胞嘧啶配對(duì)胞嘧啶脫氨基尿嘧啶，與腺嘌呤配對(duì)腺嘌呤脫氨基次黃嘌呤，與胞嘧啶配對(duì)胞嘧啶脫氨基羥氨基胞嘧啶，與腺嘌呤配對(duì)（二）DNA鏈?zhǔn)軗p1.1.嘧啶二聚體形成：相鄰

28、兩個(gè)嘧啶二聚體形成：相鄰兩個(gè)T T、或兩個(gè)、或兩個(gè)C C、或、或C C與與T T之間都可以之間都可以環(huán)丁基環(huán)環(huán)丁基環(huán)(cyclobutanering)(cyclobutanering)連成二聚體。連成二聚體。DNADNA雙鏈間二聚體的形成，阻礙雙鏈的分開(kāi)和下一步復(fù)制，雙鏈間二聚體的形成，阻礙雙鏈的分開(kāi)和下一步復(fù)制，引起細(xì)胞死亡。引起細(xì)胞死亡。DNADNA同一條鏈上二聚體形成，阻礙正常配對(duì)和腺嘌呤加入，同一條鏈上二聚體形成，阻礙正常配對(duì)和腺嘌呤加入，復(fù)制停止或錯(cuò)誤進(jìn)行，新合成的鏈上堿基順序改變。復(fù)制停止或錯(cuò)誤進(jìn)行，新合成的鏈上堿基順序改變。2.DNA2.DNA加合物形成加合物形成(DNA add

29、ucts)(DNA adducts) 香煙中的亞硝胺類(nitrosamines)化學(xué)物和DNA形成加合物烷化劑(a)和順鉑(b)與DNA形成加合物不同化學(xué)物質(zhì)與不同化學(xué)物質(zhì)與DNADNA共價(jià)結(jié)合時(shí)所攻擊的堿基和專一性不同共價(jià)結(jié)合時(shí)所攻擊的堿基和專一性不同不同的化學(xué)物質(zhì)形成不同的化學(xué)物質(zhì)形成DNADNA加合物以后引起的突變不同，如加合物以后引起的突變不同，如堿基置換和移碼突變。堿基置換和移碼突變。此外，此外，DNADNA加合物還可活化癌基因，影響調(diào)節(jié)基因和抑癌加合物還可活化癌基因，影響調(diào)節(jié)基因和抑癌基因的表達(dá)?；虻谋磉_(dá)。3.DNA3.DNA、蛋白質(zhì)交聯(lián)、蛋白質(zhì)交聯(lián)(cross links)(

30、cross links)形成形成DNADNA鏈交聯(lián)鏈交聯(lián)：同一條：同一條DNADNA鏈內(nèi)鏈內(nèi)( (鏈內(nèi)交聯(lián)鏈內(nèi)交聯(lián)) )或兩條或兩條DNADNA鏈之間鏈之間( (鏈鏈間交聯(lián)間交聯(lián)) )的堿基間以共價(jià)鍵結(jié)合的堿基間以共價(jià)鍵結(jié)合DNA-DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)蛋白質(zhì)交聯(lián)：DNADNA與蛋白質(zhì)（組蛋白、染色質(zhì)中的非組與蛋白質(zhì)（組蛋白、染色質(zhì)中的非組蛋白）以共價(jià)鍵連接蛋白）以共價(jià)鍵連接雙功能基烷化劑雙功能基烷化劑: :化學(xué)武器如氮芥、硫芥等化學(xué)武器如氮芥、硫芥等一些抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等一些抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等某些致癌物如二乙基亞硝胺等某些致癌物如二乙基亞硝胺等其兩

31、個(gè)功能基可同時(shí)使兩處烷基化，結(jié)果就能造成其兩個(gè)功能基可同時(shí)使兩處烷基化，結(jié)果就能造成DNADNA鏈鏈內(nèi)、內(nèi)、DNADNA鏈間，以及鏈間，以及DNADNA與蛋白質(zhì)間的交聯(lián)。與蛋白質(zhì)間的交聯(lián)。氮芥引起DNA分子雙鏈在鳥(niǎo)嘌呤上的交聯(lián)Structure of a Pt Crosslink In duplex DNA交聯(lián)的存在使正常半保留復(fù)制過(guò)程發(fā)生障礙（即交聯(lián)的存在使正常半保留復(fù)制過(guò)程發(fā)生障礙（即DNADNA失去失去模板功能）或使復(fù)制后模板功能）或使復(fù)制后DNADNA分子結(jié)構(gòu)與生化功能發(fā)生改變分子結(jié)構(gòu)與生化功能發(fā)生改變結(jié)果結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞有絲分裂抑制和細(xì)胞分裂增殖阻抑，嚴(yán)重導(dǎo)致細(xì)胞有絲分裂抑制和細(xì)胞分裂增

32、殖阻抑，嚴(yán)重者導(dǎo)致細(xì)胞死亡。者導(dǎo)致細(xì)胞死亡。 二.不以DNA為靶的間接誘變（一）紡錘體抑制（一）紡錘體抑制非整倍體與多倍體產(chǎn)生的機(jī)制：非整倍體與多倍體產(chǎn)生的機(jī)制：染色體分離異常染色體分離異常( (紡錘體、微管蛋白、著絲粒、極體、中心紡錘體、微管蛋白、著絲粒、極體、中心粒等粒等) ) 紡錘體抑制的分子機(jī)制：紡錘體抑制的分子機(jī)制：（1 1）與微管蛋白二聚體結(jié)合，抑制細(xì)胞分裂）與微管蛋白二聚體結(jié)合，抑制細(xì)胞分裂: :秋水仙堿秋水仙堿（2 2）與微管蛋白上的巰基結(jié)合，部分抑制：苯基汞、甲基汞）與微管蛋白上的巰基結(jié)合，部分抑制：苯基汞、甲基汞（3 3）破壞已組裝的微管：秋水仙堿、毛地黃皂甙、灰黃霉素）破

33、壞已組裝的微管：秋水仙堿、毛地黃皂甙、灰黃霉素 (4) (4)中心粒移動(dòng)受阻中心粒移動(dòng)受阻 (5) (5)其他作用其他作用微管和微絲正常的中期細(xì)胞Purbalanol處理后的中期細(xì)胞（二）作用于（二）作用于DNADNA合成和修復(fù)有關(guān)的酶系統(tǒng)合成和修復(fù)有關(guān)的酶系統(tǒng)1.DNA1.DNA高保真復(fù)制需要多種酶類參與高保真復(fù)制需要多種酶類參與DNADNA合成有關(guān)的酶類：氨基酸類似物合成有關(guān)的酶類：氨基酸類似物組蛋白和非組蛋白組蛋白和非組蛋白2.DNA2.DNA修復(fù)過(guò)程需要多種酶類參與修復(fù)過(guò)程需要多種酶類參與DNADNA是生物體內(nèi)唯一具有自我修復(fù)功能的大分子是生物體內(nèi)唯一具有自我修復(fù)功能的大分子鈹、錳（也

34、可直接作用于鈹、錳（也可直接作用于DNADNA）第四節(jié)第四節(jié) DNADNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)直接修復(fù)（光復(fù)活、直接修復(fù)（光復(fù)活、“適應(yīng)性適應(yīng)性”反應(yīng)）反應(yīng)） 切除修復(fù)（核苷酸切除修復(fù)、堿基切除修復(fù)）切除修復(fù)（核苷酸切除修復(fù)、堿基切除修復(fù)） 錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)雙鏈斷裂修復(fù)雙鏈斷裂修復(fù)交聯(lián)修復(fù)交聯(lián)修復(fù)一.直接修復(fù)（一）光復(fù)活（一）光復(fù)活(photoreactivation)(photoreactivation)：針對(duì)紫外線損傷產(chǎn)生：針對(duì)紫外線損傷產(chǎn)生的胸腺嘧啶二聚體的修復(fù)機(jī)制。的胸腺嘧啶二聚體的修復(fù)機(jī)制。 通過(guò)光裂合酶斷開(kāi)嘧啶二聚體，再將相鄰的嘧啶接回原結(jié)構(gòu)（二）（二）“適應(yīng)性適應(yīng)性“反應(yīng)：鳥(niǎo)嘌呤

35、反應(yīng)：鳥(niǎo)嘌呤O O6 6位被烷化后，機(jī)體可將位被烷化后，機(jī)體可將O O6 6位甲基轉(zhuǎn)移給位甲基轉(zhuǎn)移給O O6 6- -甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基鳥(niǎo)嘌呤-DNA-DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶，恢復(fù)鳥(niǎo)嘌呤正常配對(duì)特性。甲基化轉(zhuǎn)移酶，恢復(fù)鳥(niǎo)嘌呤正常配對(duì)特性。轉(zhuǎn)移后的甲基與胱氨酸結(jié)合除了甲基化損傷，較長(zhǎng)的烷化基團(tuán)引起的損傷也能修復(fù)二.切除修復(fù)較大范圍損傷的修復(fù)機(jī)制較大范圍損傷的修復(fù)機(jī)制多步驟修復(fù)過(guò)程多步驟修復(fù)過(guò)程堿基切除修、核苷酸切除修復(fù)堿基切除修、核苷酸切除修復(fù)1.1. 堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù)(base excision)(base excision)DNADNA糖基化酶識(shí)別異常堿基糖基化酶識(shí)別異常堿基切斷堿基與脫氧核

36、糖連接的切斷堿基與脫氧核糖連接的鍵，形成鍵，形成APAP位點(diǎn)位點(diǎn)APAP內(nèi)切酶切斷內(nèi)切酶切斷DNADNA鏈鏈外切酶切去毗鄰片段外切酶切去毗鄰片段聚合酶合成新的聚合酶合成新的DNADNA片段片段連接酶封閉連接酶封閉 堿基氧化損傷的主要防御系統(tǒng)堿基氧化損傷的主要防御系統(tǒng)2.2.核苷酸切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)(nucleotide excision)(nucleotide excision)內(nèi)切酶打開(kāi)受損雙鏈內(nèi)切酶打開(kāi)受損雙鏈外切酶除去受損片段外切酶除去受損片段聚合酶合成新片段填補(bǔ)空隙聚合酶合成新片段填補(bǔ)空隙連接酶封閉，恢復(fù)原有序列。連接酶封閉，恢復(fù)原有序列。最常見(jiàn)修復(fù)形式，幾乎修復(fù)所最常見(jiàn)修復(fù)形式，

37、幾乎修復(fù)所有種類的有種類的DNADNA損傷損傷 在基因轉(zhuǎn)錄中有重要意義在基因轉(zhuǎn)錄中有重要意義三.錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)(mismatch repair)(mismatch repair)系系統(tǒng)廣泛存在于生物體中統(tǒng)廣泛存在于生物體中MutHMutH在錯(cuò)配堿基附近打開(kāi)缺口在錯(cuò)配堿基附近打開(kāi)缺口MutUMutU去除含有錯(cuò)誤堿基的片段去除含有錯(cuò)誤堿基的片段聚合酶合成新片段聚合酶合成新片段連接酶封閉連接酶封閉如果錯(cuò)配修復(fù)基因存在缺陷就如果錯(cuò)配修復(fù)基因存在缺陷就可造成癌癥可造成癌癥( (遺傳性非多發(fā)性遺傳性非多發(fā)性息肉結(jié)腸癌息肉結(jié)腸癌) )。 四.雙鏈斷裂修復(fù)DNADNA受到嚴(yán)重?fù)p傷受到嚴(yán)重?fù)p傷, ,細(xì)

38、胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種DNADNA修復(fù)修復(fù)方式，使細(xì)胞阻滯于細(xì)胞周期的某一期或誘發(fā)細(xì)胞凋亡。方式，使細(xì)胞阻滯于細(xì)胞周期的某一期或誘發(fā)細(xì)胞凋亡。 同源重組：以同源染色體為模板通過(guò)同源重組的方式修復(fù)同源重組：以同源染色體為模板通過(guò)同源重組的方式修復(fù) 非同源末端連接：強(qiáng)行將非同源末端連接：強(qiáng)行將2 2個(gè)個(gè)DNADNA斷端彼此連接斷端彼此連接（一）同源重組修復(fù)（一）同源重組修復(fù)A.A.同源非姐妹染色體配對(duì)同源非姐妹染色體配對(duì)B.B.相同方向相同方向DNADNA單鏈在內(nèi)切酶作用下在單鏈在內(nèi)切酶作用下在相同位點(diǎn)打開(kāi)相同位點(diǎn)打開(kāi)C,D.C,D.切開(kāi)的單鏈進(jìn)行交換重接形成交

39、聯(lián)切開(kāi)的單鏈進(jìn)行交換重接形成交聯(lián)橋橋E.E.兩個(gè)親本兩個(gè)親本DNADNA分子間形成一段異源雙分子間形成一段異源雙鏈鏈DNA-DNA-holiday structureholiday structureF-H.F-H.繞交聯(lián)橋旋轉(zhuǎn)形成繞交聯(lián)橋旋轉(zhuǎn)形成holiday holiday structurestructure異構(gòu)體異構(gòu)體I-J.I-J.切斷切斷DNADNA單鏈解除交聯(lián)橋恢復(fù)線性單鏈解除交聯(lián)橋恢復(fù)線性K.DNAK.DNA修補(bǔ)合成修補(bǔ)合成特點(diǎn)：重新獲得丟失的遺傳信息特點(diǎn)：重新獲得丟失的遺傳信息（二）非同源性末端連接（二）非同源性末端連接（non-homologous end joiningn

40、on-homologous end joining）高等真核細(xì)胞中雙鏈斷裂修復(fù)的主導(dǎo)機(jī)制高等真核細(xì)胞中雙鏈斷裂修復(fù)的主導(dǎo)機(jī)制A.A.兩個(gè)兩個(gè)DNADNA斷端相鄰區(qū)域斷端相鄰區(qū)域“基因沉默基因沉默”處理處理B.DNAB.DNA末端識(shí)別和結(jié)合蛋白保護(hù)末端不被降解末端識(shí)別和結(jié)合蛋白保護(hù)末端不被降解C.C.對(duì)對(duì)DNADNA斷端加工處理，切除損傷核苷酸，形成粘性末端斷端加工處理，切除損傷核苷酸，形成粘性末端D.DNAD.DNA連接酶將斷端重接連接酶將斷端重接特點(diǎn)：完全不需要模板特點(diǎn)：完全不需要模板（與同源重組修復(fù)的最大差異）（與同源重組修復(fù)的最大差異） 不是忠實(shí)的損傷修復(fù)不是忠實(shí)的損傷修復(fù)（錯(cuò)誤連接、移

41、位、缺失）（錯(cuò)誤連接、移位、缺失）五.交聯(lián)修復(fù) 無(wú)誤交聯(lián)修復(fù)無(wú)誤交聯(lián)修復(fù) 有誤交聯(lián)修復(fù)有誤交聯(lián)修復(fù) 修復(fù)與突變的關(guān)系化學(xué)物質(zhì)致突變作用的模式化學(xué)物質(zhì)致突變作用的模式： 正確修復(fù)，不產(chǎn)生突變正確修復(fù)，不產(chǎn)生突變損傷損傷修復(fù)修復(fù) 不修復(fù)或錯(cuò)誤修復(fù)，產(chǎn)生突變不修復(fù)或錯(cuò)誤修復(fù)，產(chǎn)生突變第五節(jié) 突變的后果( (一一) )生殖細(xì)胞突變生殖細(xì)胞突變1.1.致死性突變（顯性和隱性）致死性突變（顯性和隱性）1.11.1顯性致死：顯性致死：精子不能受精精子不能受精合子著床前死亡合子著床前死亡著床后胚胎早期死亡著床后胚胎早期死亡1.21.2隱性致死：隱性致死：純合子或半合子死亡純合子或半合子死亡雜合子不出現(xiàn)死亡雜合

42、子不出現(xiàn)死亡 2.2.非致死性突變非致死性突變2.1 2.1 顯性遺傳顯性遺傳下一代遺傳病發(fā)生率增加下一代遺傳病發(fā)生率增加新病種出現(xiàn)新病種出現(xiàn)2.2 2.2 隱性遺傳隱性遺傳純合子發(fā)病，雜合子為表型正常的攜帶者純合子發(fā)病，雜合子為表型正常的攜帶者增加下一代基因庫(kù)的遺傳負(fù)荷增加下一代基因庫(kù)的遺傳負(fù)荷 基因庫(kù)基因庫(kù)(gene pool)(gene pool)指某一物種在特定時(shí)期中能將遺傳指某一物種在特定時(shí)期中能將遺傳信息傳給下一代的、處于生育年齡的群體中所含有的基信息傳給下一代的、處于生育年齡的群體中所含有的基因總和。因總和。 遺傳負(fù)荷遺傳負(fù)荷(genetic load)(genetic load

43、)指某一物種的群體中每一個(gè)個(gè)指某一物種的群體中每一個(gè)個(gè)體所攜帶的、可遺傳給下一代的有害基因的平均水平。體所攜帶的、可遺傳給下一代的有害基因的平均水平。 熱休克蛋白轉(zhuǎn)錄因子熱休克蛋白轉(zhuǎn)錄因子-4(HSF4)-4(HSF4)的基因突變的基因突變 兒童遺傳性白內(nèi)障兒童遺傳性白內(nèi)障 （中科院上海生物工程研究所哥倫比亞大學(xué)）（中科院上海生物工程研究所哥倫比亞大學(xué)） 遺傳性乳光牙本質(zhì)與遺傳性乳光牙本質(zhì)與DSPPDSPP突變有關(guān)突變有關(guān)( (二二) )體細(xì)胞突變體細(xì)胞突變1.1.流產(chǎn)：外來(lái)化學(xué)物質(zhì)通過(guò)胎盤作用于胚胎流產(chǎn)：外來(lái)化學(xué)物質(zhì)通過(guò)胎盤作用于胚胎體細(xì)胞可引起流產(chǎn)體細(xì)胞可引起流產(chǎn)2.2.畸胎：外來(lái)化學(xué)物質(zhì)

44、在器官發(fā)育期作用于畸胎：外來(lái)化學(xué)物質(zhì)在器官發(fā)育期作用于胚胎體細(xì)胞可引起畸形胚胎體細(xì)胞可引起畸形3.3.疾病疾?。? 1）心血管疾?。┬难芗膊∪毡纠砘芯克痛筅娲髮W(xué)日本理化研究所和大阪大學(xué)與心肌梗塞發(fā)病相關(guān)的基因與心肌梗塞發(fā)病相關(guān)的基因- -“PSMA6PSMA6”PSMA6PSMA6指導(dǎo)合成一種與血管炎癥相關(guān)的蛋白質(zhì)，這一基因指導(dǎo)合成一種與血管炎癥相關(guān)的蛋白質(zhì)，這一基因上的一個(gè)特定堿基對(duì)的變異可使其合成的蛋白質(zhì)增多，使上的一個(gè)特定堿基對(duì)的變異可使其合成的蛋白質(zhì)增多，使血管內(nèi)部更容易發(fā)生炎癥。血管內(nèi)部更容易發(fā)生炎癥。（2 2）帕金森癥）帕金森癥美、英等國(guó)科學(xué)家對(duì)帕金森氏癥家族和獨(dú)立患者的美、

45、英等國(guó)科學(xué)家對(duì)帕金森氏癥家族和獨(dú)立患者的LRRK2LRRK2基因進(jìn)行了篩查，結(jié)果都發(fā)現(xiàn)其突變與該病密切相關(guān)?；蜻M(jìn)行了篩查，結(jié)果都發(fā)現(xiàn)其突變與該病密切相關(guān)。韓國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)韓國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)ParkinParkin基因和基因和PINK1PINK1基因的突變以及隨基因的突變以及隨之出現(xiàn)的線粒體功能障礙與帕金森氏癥有直接聯(lián)系。之出現(xiàn)的線粒體功能障礙與帕金森氏癥有直接聯(lián)系。（3 3）運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾?。┻\(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病青少年時(shí)期發(fā)病的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病與青少年時(shí)期發(fā)病的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病與senataxinsenataxin突變有關(guān)突變有關(guān)（4 4）早衰癥）早衰癥兒童早衰癥與兒童早衰癥與DNADNA損傷修復(fù)基因的突

46、變有關(guān)（香港大學(xué)）損傷修復(fù)基因的突變有關(guān)（香港大學(xué)）4.4.衰老衰老加州斯克里普斯研究院的勒納醫(yī)生加州斯克里普斯研究院的勒納醫(yī)生ScienceScience雜志上撰文指雜志上撰文指出，他與研究院的同僚將六千個(gè)人類基因樣本進(jìn)行分析后，發(fā)出，他與研究院的同僚將六千個(gè)人類基因樣本進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)中最少有六十一個(gè)樣本，在九歲至九十歲期間出現(xiàn)重大改現(xiàn)當(dāng)中最少有六十一個(gè)樣本，在九歲至九十歲期間出現(xiàn)重大改變，包括基因和染色體轉(zhuǎn)移均有發(fā)生錯(cuò)誤，他認(rèn)為這些改變是變，包括基因和染色體轉(zhuǎn)移均有發(fā)生錯(cuò)誤，他認(rèn)為這些改變是導(dǎo)致人類頭發(fā)變白、皮膚起皺、肌肉衰退和骨骼變脆的關(guān)鍵。導(dǎo)致人類頭發(fā)變白、皮膚起皺、肌肉衰退和骨骼

47、變脆的關(guān)鍵。5.5.致癌：體細(xì)胞突變可影響癌基因致癌：體細(xì)胞突變可影響癌基因(oncogene)(oncogene)、抑癌、抑癌基因基因(tumor suppressor gene)(tumor suppressor gene)、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)基因、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)基因(cell cycle regulator genes)(cell cycle regulator genes)、細(xì)胞凋亡基因、細(xì)胞凋亡基因(cell (cell apoptosis genes)apoptosis genes)及維持細(xì)胞基因組穩(wěn)定性的基因及維持細(xì)胞基因組穩(wěn)定性的基因( (包包括括DNADNA修復(fù)、修復(fù)、DNADNA復(fù)

48、制及染色體分離基因復(fù)制及染色體分離基因) )等，從而引等，從而引起癌變。起癌變。 66% 66%惡性黑色素瘤和惡性黑色素瘤和15%15%的結(jié)腸癌中的結(jié)腸癌中BRAFBRAF基因存在體細(xì)胞基因存在體細(xì)胞錯(cuò)義突變。錯(cuò)義突變。 法國(guó)居里研究所發(fā)現(xiàn)了急性髓細(xì)胞樣白血病癌細(xì)胞形成法國(guó)居里研究所發(fā)現(xiàn)了急性髓細(xì)胞樣白血病癌細(xì)胞形成的分子機(jī)理，的分子機(jī)理，KitKit受體的突變是細(xì)胞無(wú)限增殖的原因。受體的突變是細(xì)胞無(wú)限增殖的原因。 9090的的BurkittBurkitts s淋巴瘤發(fā)現(xiàn)淋巴瘤發(fā)現(xiàn)8 8號(hào)染色體長(zhǎng)臂號(hào)染色體長(zhǎng)臂c-mycc-myc基因位基因位點(diǎn)與點(diǎn)與1414號(hào)染色體發(fā)生易位。號(hào)染色體發(fā)生易位。

49、第六節(jié)第六節(jié) 化學(xué)物質(zhì)致突變性評(píng)價(jià)方法化學(xué)物質(zhì)致突變性評(píng)價(jià)方法一一. .遺傳學(xué)終點(diǎn)和成套試驗(yàn)遺傳學(xué)終點(diǎn)和成套試驗(yàn)二二. .常用的致突變?cè)囼?yàn)常用的致突變?cè)囼?yàn)三三. .致突變?cè)囼?yàn)中的一些問(wèn)題致突變?cè)囼?yàn)中的一些問(wèn)題一、遺傳學(xué)終點(diǎn)和成套實(shí)驗(yàn)1.1.遺傳學(xué)終點(diǎn)遺傳學(xué)終點(diǎn)(genetic endpoints):(genetic endpoints):試驗(yàn)觀察到的試驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象所反映的遺傳學(xué)事件?，F(xiàn)象所反映的遺傳學(xué)事件。國(guó)際環(huán)境致突變物致癌物防護(hù)委員會(huì)國(guó)際環(huán)境致突變物致癌物防護(hù)委員會(huì)(ICPEMC)(ICPEMC)將將遺傳學(xué)終點(diǎn)分為遺傳學(xué)終點(diǎn)分為5 5類：類：DNADNA完整性改變完整性改變 DNADNA

50、重排或交換重排或交換 DNADNA堿基序列改變堿基序列改變?nèi)旧w完整性改變?nèi)旧w完整性改變 染色體分離改變?nèi)旧w分離改變目前的致突變實(shí)驗(yàn)反映的遺傳學(xué)終點(diǎn)：目前的致突變實(shí)驗(yàn)反映的遺傳學(xué)終點(diǎn)：基因突變基因突變 染色體畸變?nèi)旧w畸變 染色體組畸變?nèi)旧w組畸變 DNADNA原始損傷原始損傷 2.2.成套的觀察項(xiàng)目成套的觀察項(xiàng)目一種致突變?cè)囼?yàn)不能涵蓋所有的遺傳學(xué)終點(diǎn)一種致突變?cè)囼?yàn)不能涵蓋所有的遺傳學(xué)終點(diǎn)，所以，所以在實(shí)際工作中需要選用一組配套試驗(yàn)進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)在實(shí)際工作中需要選用一組配套試驗(yàn)進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)致突變作用的檢測(cè)。致突變作用的檢測(cè)。原則：原則：包括各種類型的遺傳學(xué)終點(diǎn)包括各種類型的遺傳學(xué)終點(diǎn)包括多種

51、進(jìn)化程度不同的物種包括多種進(jìn)化程度不同的物種體內(nèi)試驗(yàn)與體外試驗(yàn)結(jié)合體內(nèi)試驗(yàn)與體外試驗(yàn)結(jié)合包括體細(xì)胞和生殖細(xì)胞包括體細(xì)胞和生殖細(xì)胞 主要致突變?cè)囼?yàn)所反映的遺傳學(xué)終點(diǎn)試驗(yàn)名稱試驗(yàn)名稱DNADNA完整性完整性改變改變DNADNA重排重排或交換或交換DNADNA堿基序堿基序列改變列改變?nèi)旧w完整染色體完整性改變性改變?nèi)旧w分離染色體分離改變改變微核試驗(yàn)微核試驗(yàn) 1 1 2 2SCESCE 2 2 1 1細(xì)菌回復(fù)突細(xì)菌回復(fù)突變實(shí)驗(yàn)變實(shí)驗(yàn) 1 1細(xì)菌細(xì)菌DNADNA修修復(fù)試驗(yàn)復(fù)試驗(yàn) 1 1 目前我國(guó)針對(duì)食品、藥品、農(nóng)藥、工業(yè)毒物都制定了目前我國(guó)針對(duì)食品、藥品、農(nóng)藥、工業(yè)毒物都制定了相應(yīng)的遺傳毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序

52、。相應(yīng)的遺傳毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序。 受試化合物在任何一個(gè)試驗(yàn)中出現(xiàn)可重復(fù)的陽(yáng)性結(jié)果，受試化合物在任何一個(gè)試驗(yàn)中出現(xiàn)可重復(fù)的陽(yáng)性結(jié)果，即可認(rèn)為是遺傳毒物。即可認(rèn)為是遺傳毒物。 二二. .常用的致突變?cè)囼?yàn)常用的致突變?cè)囼?yàn)（一）（一） 細(xì)菌回復(fù)突變實(shí)驗(yàn)：細(xì)菌回復(fù)突變實(shí)驗(yàn)：用營(yíng)養(yǎng)缺陷型的突變體測(cè)試菌株，觀察受試物能否糾正或用營(yíng)養(yǎng)缺陷型的突變體測(cè)試菌株，觀察受試物能否糾正或補(bǔ)償突變體所攜帶的突變，以判斷其致突變性。補(bǔ)償突變體所攜帶的突變，以判斷其致突變性。常用菌株：常用菌株：鼠傷寒沙門氏菌鼠傷寒沙門氏菌( (salmonella typhimuriumsalmonella typhimurium) )大腸桿菌

53、大腸桿菌(E. Coli) (E. Coli) AmesAmes試驗(yàn)原理試驗(yàn)原理： 人工誘變的鼠傷寒沙門氏菌突變株的組氨酸操縱子上有人工誘變的鼠傷寒沙門氏菌突變株的組氨酸操縱子上有一個(gè)突變，使突變菌株必須依賴外源性組氨酸才能生長(zhǎng)一個(gè)突變，使突變菌株必須依賴外源性組氨酸才能生長(zhǎng)( (在不含組氨酸的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中不能生長(zhǎng)在不含組氨酸的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中不能生長(zhǎng)) )。 而突變物可使突變株攜帶的突變基因回復(fù)突變成為野生而突變物可使突變株攜帶的突變基因回復(fù)突變成為野生型，即使在缺乏組氨酸的培養(yǎng)基中也能生長(zhǎng)。型，即使在缺乏組氨酸的培養(yǎng)基中也能生長(zhǎng)。1.制備大鼠肝勻漿，分離肝藥酶2.鼠傷寒沙門氏菌(組合菌株)接種

54、在不含組氨酸的培養(yǎng)皿中3.加入肝藥酶和受試物后繼續(xù)培養(yǎng)4.觀察培養(yǎng)皿中菌落數(shù)菌株的組合：檢測(cè)堿基置換和移碼突變。不同菌株檢出能力不同。不同菌株突變部位、突變方式、附加突變不同不同菌株突變部位、突變方式、附加突變不同不同菌株對(duì)不同化學(xué)致突變物的檢出能力不同不同菌株對(duì)不同化學(xué)致突變物的檢出能力不同應(yīng)選用一組菌株進(jìn)行測(cè)定應(yīng)選用一組菌株進(jìn)行測(cè)定中國(guó)常采用：中國(guó)常采用：TA97TA97、TA98TA98、TA100TA100和和TA102TA102（二）（二） 微核試驗(yàn)微核試驗(yàn)(micronucleus test, MNT)(micronucleus test, MNT)微核微核(micronucleu

55、s)(micronucleus)是染色體或染色體單體斷裂后形成的無(wú)是染色體或染色體單體斷裂后形成的無(wú)著絲粒片段，或紡錘體受損后丟失的整條染色體，在細(xì)胞分著絲粒片段，或紡錘體受損后丟失的整條染色體，在細(xì)胞分裂后期遺留在細(xì)胞質(zhì)中，在子代細(xì)胞中形成的一個(gè)或幾個(gè)圓裂后期遺留在細(xì)胞質(zhì)中，在子代細(xì)胞中形成的一個(gè)或幾個(gè)圓形或橢圓形的次核。形或橢圓形的次核。染色與主核一致，大小為其染色與主核一致，大小為其1/201/31/201/3。微核發(fā)生率（微核發(fā)生率（）主要檢出染色體斷裂劑和非整倍體誘變劑。主要檢出染色體斷裂劑和非整倍體誘變劑。目前常用的方法：體外微核外周血微核雙核微核（cytoB）免疫熒光染色Giem

56、sa染色熒光染色（三） 染色體畸變分析染色體畸變分析(chromosome aberration assay)(chromosome aberration assay)或稱細(xì)胞或稱細(xì)胞遺傳學(xué)試驗(yàn)遺傳學(xué)試驗(yàn)(cytogenetic assay)(cytogenetic assay)：將細(xì)胞停留在中期相，用顯：將細(xì)胞停留在中期相，用顯微鏡觀察染色體結(jié)構(gòu)異常和分離異常。微鏡觀察染色體結(jié)構(gòu)異常和分離異常。體外試驗(yàn)：傳代細(xì)胞、原代細(xì)胞體內(nèi)試驗(yàn)：骨髓細(xì)胞、睪丸細(xì)胞 （四）姐妹染色單體交換（四）姐妹染色單體交換(sister-chromatid exchange):(sister-chromatid exc

57、hange):染色體染色體的兩個(gè)姐妹染色單體同源片段發(fā)生交換，其頻率與的兩個(gè)姐妹染色單體同源片段發(fā)生交換，其頻率與DNADNA斷裂和修斷裂和修復(fù)有關(guān)。是反應(yīng)復(fù)有關(guān)。是反應(yīng)DNADNA損傷的靈敏指標(biāo)。損傷的靈敏指標(biāo)。試驗(yàn)原理：將試驗(yàn)原理：將5-5-溴尿嘧啶核苷（溴尿嘧啶核苷（5-BrdU5-BrdU）加入合）加入合成成DNADNA的原料中，經(jīng)過(guò)的原料中，經(jīng)過(guò)2 2個(gè)分裂周期以后，兩條染個(gè)分裂周期以后，兩條染色單體中的一條色單體中的一條DNADNA雙鏈中的胸腺嘧啶核苷均被雙鏈中的胸腺嘧啶核苷均被5-5-BrdUBrdU取代，另一條單體的取代，另一條單體的DNADNA雙鏈中只有一條被取雙鏈中只有一條

58、被取代。染色后光鏡下兩條染色單體著色深淺不一。代。染色后光鏡下兩條染色單體著色深淺不一。根據(jù)交換的染色單體，可判斷受試物對(duì)根據(jù)交換的染色單體，可判斷受試物對(duì)DNADNA是否是否有損傷作用。有損傷作用。（五）哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因突變實(shí)驗(yàn)（五）哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因突變實(shí)驗(yàn)（mammalian cell gene mammalian cell gene mutation assaymutation assay）正向突變實(shí)驗(yàn)，從野生型正向突變實(shí)驗(yàn)，從野生型突變型，引起酶和功能蛋白的改變突變型，引起酶和功能蛋白的改變常用細(xì)胞：常用細(xì)胞：L5178YL5178Y，CHOCHO，V79V79檢測(cè)基因：檢測(cè)基因：tk

59、(tk(胸苷激酶胸苷激酶) )， hgprt hgprt（次黃嘌呤鳥(niǎo)嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶）（次黃嘌呤鳥(niǎo)嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶）集落形成率（集落形成率（）原理：原理：tktk和和hgprthgprt基因產(chǎn)物可以催化相應(yīng)的核苷磷酸化反應(yīng)，生基因產(chǎn)物可以催化相應(yīng)的核苷磷酸化反應(yīng)，生成相應(yīng)的核苷酸。核苷類似物（成相應(yīng)的核苷酸。核苷類似物（5-BrDU5-BrDU、6-sG6-sG）可作為其底物，）可作為其底物，而其磷酸化產(chǎn)物摻入而其磷酸化產(chǎn)物摻入DNADNA可引起細(xì)胞死亡。可引起細(xì)胞死亡。觀察選擇培養(yǎng)基中細(xì)胞集落形成觀察選擇培養(yǎng)基中細(xì)胞集落形成. .若增加：基因突變，細(xì)胞對(duì)核若增加：基因突變，細(xì)胞對(duì)核苷

60、類似物產(chǎn)生抗性，致突變性苷類似物產(chǎn)生抗性，致突變性TkTk位點(diǎn)：基因突變、基因缺失、易位、基因重組等，比其他位點(diǎn)：基因突變、基因缺失、易位、基因重組等，比其他致突變?cè)囼?yàn)檢測(cè)更為廣泛的致突變物。常染色體。致突變?cè)囼?yàn)檢測(cè)更為廣泛的致突變物。常染色體。HgprtHgprt位點(diǎn)：大的缺失和染色體數(shù)目改變不能形成突變體集落。位點(diǎn)：大的缺失和染色體數(shù)目改變不能形成突變體集落。X X染色體，功能和結(jié)構(gòu)為半合子狀態(tài)。染色體，功能和結(jié)構(gòu)為半合子狀態(tài)。（六）顯性致死試驗(yàn)（六）顯性致死試驗(yàn)(dominant lethal assay)(dominant lethal assay)哺乳動(dòng)物哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞染色體發(fā)生結(jié)