外源性化學物致突變作用

1、1毒理學基礎現(xiàn)代毒理學教育部重點實驗室生殖醫(yī)學國家重點實驗室234567第七章 外源性化學物致突變作用（Chemical Mutagenesis）第一節(jié)、概述第二節(jié)、外源化學物致突變的類型第三節(jié)、外源化學物致突變作用的機制及后果第四節(jié)、機體對致突變作用的影響第五節(jié)、觀察外源化學物致突變作用的基本方法89掌握外源化學物的致突變作用掌握機體對致突變作用的影響熟悉致突變作用評價方法了解致突變作用的遺傳學基礎【目的要求】10基本概念：突變、遺傳毒理學、致突變作用、致突變物致突變的類型：基因突變、染色體結(jié)構(gòu)異常、染色體數(shù)目異?！緝?nèi)容】致突變作用機制突變的后果：生殖細胞突變，體細胞突變機體對致突變作用的影

2、響致突變試驗第一節(jié) 概 述1112突變（mutation）：是指遺傳物質(zhì)本身的變化及其引起的變異。一、基本概念 即生物體的遺傳物質(zhì)發(fā)生了突然的、根本的、 遺傳的變化，因為這種變化起源于基因和染色體，因此，是可遺傳的變異。1901年De Vries 首次提出突變這一術(shù)語。1909年摩爾根發(fā)現(xiàn)在紅眼果蠅中有白眼果蠅。孟德爾的豌豆雜交實驗為現(xiàn)代遺傳學奠定了基礎。摩爾根(Morgan)以黑腹果蠅為材料所進行的一系列實驗，導致了遺傳學的許多重大發(fā)現(xiàn)。由于在染色體遺傳理論上的貢獻，摩爾根于1933年獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，這是遺傳學領域的第一個諾貝爾獎。1314摩爾根和他的學生利用果蠅作了大量的研究。19

3、26年出版基因論，建立了著名的基因?qū)W說。 Thomas Hunt Morgan （18661945）摩爾根在基因論中繪制了果蠅基因位置圖，首次完成了當時最新的基因概念的描述；基因是在染色體上呈線性排列的遺傳單位，它不僅是決定性狀的功能單位，也是一個突變單位和交換單位；至此，人們對基因概念的理解更加具體和豐富了。 15摩爾根果蠅遺傳實驗具有劃時代意義 人類第一次把基因與染色體聯(lián)系起來，認為基因是一種物質(zhì)，是染色體上的一個特定的區(qū)段。16確立并發(fā)展了染色體的遺傳理論。 基因與染色體在孟德爾的成果獲得承認后，生物界都知道是遺傳因子（即基因）決定了生物的遺傳。但是，基因究竟在細胞內(nèi)的什么地方？摩爾根以

4、果蠅為試驗對象回答了這一問題，基因在染色體上。 1718基因與染色體1920自發(fā)突變(spontaneous mutation):是由于普遍存在的未知因素作用下，在自然條件下發(fā)生的突變。特點：發(fā)生過程長、頻率很低，與物種進化有關(guān)。從發(fā)生原因上，突變可分為：21誘發(fā)突變(induced mutation)：是指人為地造成突變。特點：發(fā)生過程短、頻率高，既可被人類利用，也可能對人類產(chǎn)生危害。22突變研究簡史年份事 件作者1904發(fā)現(xiàn)X射線可以改變生殖細胞的遺傳物質(zhì)De Vries1927用X射線照射發(fā)現(xiàn)可以引起基因突變Muller1943發(fā)現(xiàn)芥子氣可誘發(fā)基因和染色體畸變Averbach & Rob

5、son1951用X射線可誘發(fā)小鼠突變1966化學物可誘發(fā)小鼠突變Russed1969成立國際環(huán)境誘變劑學會Guttanach致突變作用 (mutagenesis)：是指外來因素，特別是化學物引起細胞核遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的能力，且該改變可隨同細胞分裂過程而傳遞。遺傳毒理學 (genetic toxicology)：它是研究化學、物理因素及生物因素等對遺傳物質(zhì)（DNA）及活細胞遺傳過程的作用，以及人類接觸致突變物可能引起健康效應的學科。 2324致突變物 (mutagen)：凡能引起生物體遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的化學物質(zhì)或任何環(huán)境因子，又稱誘變劑。遺傳毒物 (genotoxic agent)：由于致突變物

6、能損傷遺傳物質(zhì)，因此致突變物又稱為遺傳毒物。25直接致突變物 (direct-acting mutagen)：具有很高的化學活性，其原型就可引起生物體突變的物質(zhì)。間接致突變物 (indirect-acting mutagen)：本身不能引起突變，必須在體內(nèi)經(jīng)過代謝活化，才具有致突變性的物質(zhì)。第二節(jié) 化學毒物致突變的類型基因突變?nèi)旧w畸變?nèi)旧w數(shù)目改變26從遺傳學角度或突變角度分為：27從機理角度分為：以DNA為靶的損傷（包括基因突變和染色體畸變）不以DNA為靶的損傷（染色體數(shù)目異常）28基因突變（genetic mutation)：是指基因在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了堿基對組成和排列序列的改變，也稱為點突變

7、（point mutation)。 可分為堿基置換和移碼突變兩種類型 。 一、基因突變突變基因：基因內(nèi)存在突變的基因；野生型基因：沒有發(fā)生突變的基因。(一) 堿基置換（base subsititution)29轉(zhuǎn)換(transition)：即嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶的變化顛換(transversion) ：即嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的變化堿基置換是某一堿基配對性能改變或脫落而引起的突變。30A G T C腺嘌呤 鳥嘌呤 胸腺嘧啶 胞嘧啶 31Transitions are more common than transversions. AG TCAG TCtransistionsG TCG Ctr

8、ansversionsAG TCAG TCTAA3233同義突變(synonymous mutation)：指沒有改變基因產(chǎn)物氨基酸序列的改變。Synonymous (silent) mutation. Since the codons GGG and GGA encode for the same amino acid (glycine, Gly,甘氨酸), this represents a silent mutation. 后果錯義突變(missense mutation)：指堿基序列的改變引起了產(chǎn)物氨基酸序列的改變。3435致死突變：發(fā)生在必需基因上，嚴重影響蛋白質(zhì)功能的錯義突變。滲漏

9、突變：突變的產(chǎn)物仍有部分活性，表現(xiàn)型介于突變型與野生型之間。中性突變：突變不影響或基本不影響蛋白質(zhì)的功能，性狀改變不明顯。錯 義 突 變無義突變(nonsense mutation)：指某個堿基的改變使代表某個氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍踪|(zhì)合成的終止密碼子，導致多肽鏈在成熟之前終止合成的改變。3637鏈終止突變：指無義突變使肽鏈過早終止。延長突變：指如果終止密碼子因突變而為氨基酸編碼，結(jié)果產(chǎn)生過長的肽鏈的現(xiàn)象。終止密碼突變38酪氨酸天冬氨酸天冬酰胺組氨酸半胱氨酸苯丙氨酸絲氨酸酪氨酸指發(fā)生一對或幾對不等于3的倍數(shù)的堿基減少或增加，以致從受損點開始堿基序列完全改變，形成錯誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯為不正常的氨基酸

10、。由于堿基序列所形成的一系列三聯(lián)體密碼子相互間并無標點符號，于是從受損位點開始密碼子的閱讀框架完全改變。39（二）移碼突變（frameshift mutation)40THE DOG BIT THE CARTHE DOB ITT HEC ARTHE DOA GBI TTH ECA RTHE DOT BIT THE CAR錯義突變插入缺失堿基置換移碼突變4142是從原始損傷的密碼子開始一直到信息末端的氨基酸序列完全改變。使讀碼框架改變，其中某一點形成無義密碼，于是產(chǎn)生一個無功能的肽鏈片段。移碼較易成為致死性突變 。結(jié)果43堿基置換移碼突變44如果減少或增加堿基對剛好是3對，則基因產(chǎn)物的肽鏈中僅減

11、少或增加一個氨基酸，其后果與堿基置換相似，與移碼突變不一樣，不包括在移碼突變范疇 。注意：化學毒物致突變的類型45基因突變基因中DNA序列的改變，分為堿基置換和移碼突變。染色體畸變?nèi)旧w數(shù)目改變二、染色體畸變(chromosome aberration)46染色體畸變（structural chromosome aberration）：是指由于染色體或染色單體斷裂，造成染色體或染色單體缺失或引起各種重排，從而出現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)異常。光學顯微鏡檢查有絲分裂中期。47斷裂劑：凡能引起染色體斷裂的物質(zhì)。斷裂作用：染色體斷裂的發(fā)生或過程。48染色體畸變又可分為：染色體型畸變（chromosome-type

12、 aberrations)：指染色體中兩條染色單體同一位點受損后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)異常。染色單體型畸變（chromatid-type aberrations)：指畸變涉及復制染色體中兩條染色單體中的一條。(1) 無著絲粒斷片和缺失（deletion)49一個染色體發(fā)生一次或多次斷裂而不重接，并且這些已斷裂的節(jié)段遠遠分開，就會出現(xiàn)一個或多個無著絲粒斷片和一個缺失了部分染色質(zhì)并帶有著絲粒的異常染色體，后者稱為帶著絲粒斷片。50常將無著絲粒斷片簡稱為斷片，在下一次細胞分裂時斷片因無著絲粒，故不能進入分裂的核中而滯留在細胞質(zhì)中，稱為微核。如斷片很小，小于染色單體寬度，則稱為微小體。(3) 倒位(invers

13、ion)：當某一染色體發(fā)生兩次斷裂后，其中間節(jié)段倒轉(zhuǎn)180再重接，稱為倒位。如顛倒的片段包括著絲點，稱為臂間倒位(pericentric inversion)；如不包括著絲點則稱為臂內(nèi)倒位(paracentric inversion)。 51(2) 重復(duplication): 在一套染色體里，一個染色體片段出現(xiàn)不止一次。(4) 易位(translocation)：從某個染色體斷下的節(jié)段接到另一染色體上稱為易位。52染色體結(jié)構(gòu)異常是染色體或染色單體斷裂所致。當斷端不發(fā)生重接或雖重接而不在原處，即可出現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)異常。5354三、染色體數(shù)目異常Normal human Karyotype:

14、46, XY動物正常體細胞染色體數(shù)目2n為標準，為二倍體，又稱雙體（disomy）。染色體數(shù)目異?？赡鼙憩F(xiàn)為整倍性畸變和非整倍性畸變。整倍性畸變可能出現(xiàn)單倍體、三倍體或四倍體。超過二倍體的整倍性畸變也統(tǒng)稱為多倍體。非整倍性畸變系指比二倍體多或少一條或多條染色體(2n+1, 2n-1)。5556整倍性畸變57非整倍性畸變?nèi)斌w是指缺少一對同源染色體，單體或三體系指某一對同源染色體相應地少或多一個，四體則指其比同源染色體多一對；于是在染色體數(shù)目上相應為2n-2、2n-1，2n+1和2n+2 。人類中常見有三種三體： （1）21-三體，即Down氏綜合征，我國有60萬，每20分鐘生一個； （2）18-

15、三體，即Edward綜合征； （3）13-三體，即Patau綜合征。 5859類型公式染色體組整倍體單倍體n(ABCD)二倍體2n(ABCD) (ABCD)三倍體3n(ABCD) (ABCD) (ABCD) 四倍體4n(ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) 非整倍體單體2n-1(ABCD) (ABC)三體2n+1(ABCD) (ABCD) (A)四體2n+2(ABCD) (ABCD) (AA) 雙三體2n+1+1(ABCD) (ABCD) (AB) 缺體2n-2(ABC) (ABC)注：A、B、C、D代表非同源染色體染色體數(shù)目異常的基本類型第三節(jié) 化學毒物致突變作用的機制及后果

16、6061（一）堿基損傷1.堿基錯配烷化劑(alkylating agent):是指對DNA和蛋白質(zhì)具有強烈烷化作用的物質(zhì)。一般情況下甲基化乙基化高碳烷基化 烷化劑所致甲基化易產(chǎn)生堿基錯配一、引起突變的DNA變化目前認為最常受到烷化的是：鳥嘌呤的N7位，其次是O6位腺嘌呤的N1、N3和N7也易烷化62腺嘌呤 鳥嘌呤 胸腺嘧啶 胞嘧啶 63AP位點（apurinic or apyrimidinic site)：是指丟失堿基的DNA留下了一個無嘌呤或無嘧啶的位點。嵌入劑（intercalating agent)：指能以靜電吸附形式嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰多核苷酸鏈之間的物質(zhì)。

17、如丫啶類染料分子多數(shù)是多環(huán)的平面結(jié)構(gòu)，特別是三環(huán)結(jié)構(gòu)，其長度為6.8102nm，恰好是DNA單鏈相鄰堿基距離的兩倍。通常引起移碼突變。642.平面大分子嵌入DNA鏈65有些化學物的結(jié)構(gòu)與堿基非常相似，稱堿基類似物。它們能在S期中可與天然堿基競爭，并取代其位置。例如5溴脫氧尿嘧啶核苷（BrdU）能取代胸腺嘧啶；2氨基嘌呤(2-AP）能取代鳥嘌呤3.堿基類似物取代 化學物可對堿基產(chǎn)生氧化作用，從而破壞或改變堿基的結(jié)構(gòu)，進而引起鏈斷裂。有些化學物質(zhì)可在體內(nèi)形成有機過氧化物或自由基，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡堿等，可間接使嘌呤的化學結(jié)構(gòu)破壞，容易出現(xiàn)DNA鏈斷裂。664.堿基的化學結(jié)構(gòu)的改變或破壞

18、（二）DNA鏈受損671.二聚體的形成：紫外線 環(huán)丁烷嘧啶和 4-6光產(chǎn)物 阻止DNA復制 引起細胞死亡68活性化學物質(zhì)與細胞大分子之間通過共價鍵形成的穩(wěn)定復合物如生物毒素、多環(huán)芳烴和芳香胺類致癌物可使DNA形成大加合物，使DNA的立體構(gòu)象發(fā)生明顯變化，阻斷受損部位的半保留復制和轉(zhuǎn)錄。2.DNA加合物形成69它是致突變物對生物大分子物質(zhì)的一種重要遺傳損害, 也是一種穩(wěn)定的共價結(jié)合物。如烷化劑、苯并(a)芘、砷化合物、醛類化合物如甲醛及一些重金屬（如鎳,鉻）等, 均可引起DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)物。 3.DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)（DNA-protein crosslinks, DPC） ：二、引起突變的細胞

19、分裂過程改變70a是中心粒，b是紡錘絲，c是染色體，d是著絲點。紡錘絲把著絲點（內(nèi)部已經(jīng)一分為二）拉開，復制過的染色體就一分為二了。 細胞的生長、發(fā)育、衰老和死亡是生命得以維持和延續(xù)的基本條件，細胞增殖是生命的重要特征。細胞通過細胞周期，完成分裂，進行增殖以繁衍后代。 細胞周期大致可分為4個時相。細胞周期的不同時相高度精確地協(xié)調(diào)著，細胞必須在完成上一次時相后才能進入下一個時相。細胞周期的完成，不僅僅是細胞數(shù)量上的一分為二，還意味著能夠準確無誤地把不同染色體遺傳給分裂出的子細胞。這一過程的任何缺陷都將導致遺傳信息的改變，最終導致癌變。7172一些化學物能作用于紡綞體、中心粒或核內(nèi)其他細胞器，從而

20、干擾細胞有絲分裂過程；誘發(fā)這種作用的物質(zhì)稱為有絲分裂毒物，又稱干擾劑。73無論紡綞體是部分或完全受抑制，都稱為有絲分裂效應；完全抑制時細胞分裂完全抑制，細胞停滯于細胞分裂中期。74秋水仙堿是典型的引起細胞分裂完全抑制的物質(zhì)，因此這種效應又稱秋水仙堿效應或細胞有絲分裂效應；有些干擾劑僅使細胞群體的有絲分裂數(shù)減少，被稱之為抗有絲分裂劑。75引起非整倍性的原因不分離（nondisjunction)一種是同源染色體在第一次減數(shù)分裂中聯(lián)會復合中不分離（可能聯(lián)會復合體受損）；另一種是姊妹染色單體在有絲分裂中或第二次減數(shù)分裂中因著絲粒受損未縱裂而不分離。76不分裂的結(jié)果是紡錘體的一極接受了同源或兩個染色單體

21、，而另一極則沒有。77只有一條染色體或一對染色體不分離，在子細胞中將多出一條或一對染色體，而在另一個子細胞中將少一條或一對染色體。78染色體丟失（chromosome loss)紡綞體形成的不完全障礙或著絲粒受損使細胞分裂過程中個別染色體行動滯后沒有進入子細胞核；聯(lián)會復合體形成障礙和第一次減數(shù)分裂時著絲粒早熟分離而產(chǎn)生非整倍性79引起整倍體的原因核內(nèi)復制（endoreduplication)第一次有絲分裂染色體及其著絲粒雖已完成正常復制，但紡綞體形成受到完全的障礙，全部姊妹染色單體不能分開，細胞也不能進行分裂，形成間期四倍體細胞核。第二次有絲分裂：恢復正常的復制和分開，中期便可見每四條染色單體

22、整齊排列的現(xiàn)象。801、在細胞增殖過程，細胞周期正常染色體復制，但在接下來的有絲分裂期，染色體分裂時，染色單體不能分離，產(chǎn)生一個4倍體細胞。812、由于接受分裂錯誤，配子為2倍體，而不是單倍體，所以會產(chǎn)生一個多倍體的受精卵。非整倍體和多倍體是由于染色體分離異常而產(chǎn)生的8283(二）不以DNA為靶的損傷機制1.對DNA合成和修復有關(guān)的酶系統(tǒng)的作用一些氨基酸類似物可使與DNA合成有關(guān)的酶系統(tǒng)遭受破壞從而誘發(fā)突變，脫氧核糖核苷三磷酸在DNA合成時的不平衡也可誘發(fā)突變；鈹和錳除可直接與DNA相互作用外，還可與酶促防錯修復系統(tǒng)相作用而產(chǎn)生突變 。841.與微管蛋白二聚體結(jié)合 2.與微管上的巰基結(jié)合3.已

23、組裝好的微管受損4.中心粒移動受阻5.其他作用非整倍體和多倍體是由于染色體分離異常而產(chǎn)生。主要涉及細胞分裂過程的改變。 85四、突變的后果突變的后果取決于化學毒物所作用的靶細胞體細胞：其影響僅能在直接接觸該物質(zhì)的個體身體上表現(xiàn)出來，不可能遺傳到下一代（腫瘤）生殖細胞：其影響有可能遺傳到下一代（遺傳性疾?。?6DNA損傷修復的效率體細胞突變生殖細胞突變良性腫瘤惡性轉(zhuǎn)化細胞衰老未分化的胚胎細胞分化的胚胎細胞受損顯性致死隱性致死存活突變動脈硬化未知疾病癌變老化出生缺陷（流產(chǎn)/死胎）癌變出生缺陷（功能或結(jié)構(gòu)畸形）流產(chǎn)死產(chǎn)出生缺陷基因負荷先天性疾病化學物和遺傳危害示意圖1.生殖細胞突變的后果（1）致死性

24、突變：顯性致死：精子不能受精，或突變配子與正常配子結(jié)合后，在著床前或著床后的早期胚胎死亡。基因的致死作用在雜合子中即可表現(xiàn)的稱為顯性致死。 隱性致死：需要純合子或半合子才能出現(xiàn)死亡效應，雜合子則不出現(xiàn)死亡。8788（2）非致死性突變（可遺傳的改變）致死性突變將導致死胎，它影響后代的數(shù)量而非質(zhì)量。非致死性突變主要影響后代的質(zhì)量。先天畸形等遺傳性疾病遺傳易感性改變生物個體生殖細胞發(fā)生突變或染色體畸變后，有些可能會在世代傳遞、選擇過程中在人群中固定下來，增加人類的遺傳負荷。遺傳負荷（genetic load)：指人群中每個個體所攜帶有害基因或致死基因的平均水平 892.體細胞突變的后果（1）癌變：體

25、細胞突變是細胞癌變的重要基礎，在許多腫瘤中，都可觀察到癌基因的活化和抑癌基因的失活，并存在缺失、易位、倒位等染色體畸變。909192（2）致畸胎：致突變物可透過胎盤作用于胚胎體細胞引起畸胎，所以致畸作用不完全是親代生殖細胞突變的后果；（3）其他不良后果：動脈粥樣硬化、衰老。常染色體異常Down syndrome (trisomy 21):先天愚型或唐氏綜合征 9394湖北籍智障指揮家舟舟舟舟，原名胡一舟，1978年4月1日，出生在中國的武漢，這一天正是愚人節(jié)。他是個先天性愚型兒。智力只相當于幾歲的小孩子。舟舟從小偏愛指揮，當音樂響起時，舟舟就會拿起指揮棒，揮動短短的手臂，像真正的指揮一樣，直到

26、曲終。Patau syndrome (trisomy 13):serious eye, brain, circulatory defects as well as cleft palate. Children rarely live more than a few months. 95Edwards syndrome (trisomy 18):almost every organ system affected. Children with full Trisomy 18 generally do not live more than a few months. 96性染色體不分離（X和Y染色

27、體）Klinefelter syndrome: 47, XXY males. Male sex organs; unusually small testes, sterile. Breast enlargement and other feminine body characteristics. Normal intelligence. 9747, XYY males: Individuals are somewhat taller than average and often have below normal intelligence. Trisomy X: 47, XXX females

28、. healthy and fertile - usually cannot be distinguished from normal female except by karyotype 98Monosomy X (Turners syndrome): the only viable monosomy in humans - women with Turners have only 45 chromosomes! XO individuals are genetically female, however, they do not mature sexually during puberty

29、 and are sterile. Short stature and normal intelligence. (98% of these fetuses die before birth)99染色體結(jié)構(gòu)改變Deletion:cry of the cat A specific deletion of a small portion of chromosome 5; these children have severe mental retardation, a small head with unusual facial features, and a cry that sounds lik

30、e a distressed cat. 100Duplication: Fragile X: the most common form of mental retardation. The X chromosome of some people is unusually fragile at one tip - seen hanging by a thread under a microscope. Most people have 29 repeats at this end of their X-chromosome, those with Fragile X have over 700

31、repeats due to duplications. Affects 1:1500 males, 1:2500 females.101Translocation: cause difficulties in egg or sperm development and normal development of a zygote. Acute Myelogenous Leukemia is caused by this translocation:102103第四節(jié) 機體對致突變作用的影響104DNA執(zhí)行高保真的復制 修復DNA損傷 損傷耐受機制:是指DNA遺傳可繞過那些阻止DNA復制的DNA

32、損傷機制修復機制：直接修復和切除修復遺傳信息代代相傳，并且高度保真 105DNA損傷、修復及后果一、DNA損傷的修復（一）直接修復1.光復活（photoreactivation)：修復紫外線損傷產(chǎn)生的胸腺嘧啶二聚體，廣泛存在原核和真核生物體內(nèi)2.“適應性”反應：主要是O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（MGMT)修復鳥嘌呤O6位的烷基化損傷106107108切除修復分為：堿基切除修復（BER)核苷酸切除修復（NER) 雙鏈斷裂修復（mismatch repair，MMR)交聯(lián)修復（二）切除修復109（1）識別：DNA糖基酶識別異常的堿基，隨后使異常嘌呤的N-9位或異常嘧啶的N-3位與脫氧核糖之

33、間的鍵發(fā)生水解，形成無嘌呤或嘧啶的位點（apurinic-apyrimidinic site, AP位點）。堿基切除修復（BER）110（2）插入酶將正確堿基插入AP位點（3）DNA聚合酶合成DNA片段，填補空缺（4）DNA連接酶將新合成的補片接上111112核苷酸切除修復（NER)：總基因組修復（GGR)；轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復（TCR)113114雙鏈斷裂修復（mismatch repair，MMR)：一種以容忍損傷繼續(xù)存在和在高突變率情況下，以換取細胞繼續(xù)生存的耐受過程。 115DNA雙鏈斷裂修復同源重組修復（homology recombination，HR) 非同源末端連接(non-homol

34、ogy end joining，NHEJ)交聯(lián)修復：無誤交聯(lián)修復 易誤交聯(lián)修復 116二、遺傳因素對致突變作用的影響 (一) 代謝酶遺傳多態(tài)性 解釋有些人易受致突變作用，是因為其體內(nèi)代謝酶與大多數(shù)人不同，即代謝酶有遺傳多態(tài)性。包括：氧化代謝酶、酯酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶 （二）修復功能的個體差異1. O6-甲基鳥嘌呤-DNA-甲基轉(zhuǎn)移酶(MGMT) 2. 2聚(二磷酸腺苷-核糖)多聚酶(PARP) 1171181.DNA損傷不僅可因外源性因素所致，也可因內(nèi)源性因素所致2.不同類型DNA損傷通過不同的DNA修復途徑修復DNA損傷修復的一般特點1193.不同類型DNA損傷修復速度是不同的4.DNA損傷修

35、復機制有些是基本的，有些是可誘導的5.DNA損傷修復功能存在物種和個體差異120突變模式： DNA損傷-修復-突變?nèi)魏蜠NA損傷，只要修復無誤，突變就不會發(fā)生，如果修復錯誤或未經(jīng)修復，損傷就固定下來，于是發(fā)生突變。121遺傳毒物終致突變物+DNA解毒 加合物DNA損傷修復無錯易錯修復復制后修復細胞死亡、靜止狀態(tài)的細胞DNA復制加合的堿基錯配損傷正在復制的DNA 突 變細胞存活細胞存活第五節(jié) 觀察化學毒物致突變作用 的基本方法122123（1）檢測外源化學物的致突變性，預測其對哺乳動物和人的致癌性（2）檢測外源化學物對哺乳動物生殖細胞的遺傳毒性，預測其對人類的遺傳危險性致突變試驗的目的124一、

36、觀察項目的選擇1.觀察效應終點的類型：基因突變;染色體畸變;染色體組畸變;DNA原始損傷。 實際工作中，沒有一種致突變試驗能涵蓋所有的遺傳學終點，因此必須用一組試驗配套來檢測。125致突變性的鑒定；預測潛在的致癌物以及各種遺傳毒物的監(jiān)測及評價。2.遺傳毒理學試驗的應用目的3.成套的觀察項目致突變試驗入選原則： 一組可靠的試驗系統(tǒng)應包括每一類型的遺傳學終點，如基因突變、染色體畸變、非整倍體和DNA損傷等；試驗組中的指示生物應包括幾個進化階段，至少要包括原核細胞與真核細胞兩個系統(tǒng)；試驗組應包括體內(nèi)試驗與體外試驗，體外試驗（+S9和-S9)和體內(nèi)試驗細胞突變試驗為陽性者有必要進行生殖細胞突變試驗。

37、126二、常用的致突變試驗1.鼠傷寒沙門氏菌回復突變試驗（Ames試驗）原理：檢測受試物誘發(fā)鼠傷寒沙門氏菌組氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株(his-)回復突變成野生型(his+)的能力127128129組氨酸突變菌(his-) ：在不含組氨酸的最低營養(yǎng)平皿上不能生長回復突變成野生型(his+)：可在不含組氨酸的最低營養(yǎng)平皿上生長130標準試驗菌株有四種：TA97和TA98檢測移碼突變、TA100檢測堿基置換和移碼突變、TA102對醛、過氧化物及DNA交聯(lián)劑較敏感；這四個試驗菌株除了含有his-突變，還有一些附加突變，以提高敏感性；中國普遍采用的組合菌株為TA100、TA98、TA97、TA102。只要在

38、一種試驗菌株得到陽性結(jié)果，即認為受試物是致突變物僅當四種試驗菌株均得到陰性結(jié)果，才認為受試物是非致突變物131結(jié)果判斷132不加S9混合液得到陽性結(jié)果，說明受試物是直接致突變物加S9混合液才得到陽性結(jié)果，說明該受試物是間接致突變物1332.微核試驗（micronucleus test，MNT)微核（micronucleus):是指染色體無著絲點斷片或因紡錘體受損傷而丟失的整個染色體在細胞分裂的后期仍留在子細胞的胞質(zhì)內(nèi)，成為一個或幾個規(guī)則的次核134135 正常細胞、微核細胞 136 正常細胞、微核細胞和核異常細胞 指示正常細胞； 指示微核細胞； 指示核異常細胞 （2.5100） 常用嚙齒類動物

39、骨髓嗜多染紅細胞(PCE)做微核試驗；PCE是紅細胞成熟的一個階段，此時紅細胞的主核已排出，微核容易辯認，PCE胞質(zhì)含RNA染色與成熟紅細胞易于區(qū)別，故為骨髓微核試驗的首選細胞群；主要可檢出DNA斷裂劑和非整倍體誘變劑。1373.單細胞凝膠電泳（single cell gel electrophoresis，SCGE)在單細胞水平上定量檢測DNA損傷138139原理：在電泳槽中，DNA斷片在電場的作用下，由細胞核中移出，并向陽極泳動，經(jīng)熒光染色后見到細胞核和移出的DNA斷片，形成有如彗星一樣的彗星頭和彗星尾，故又稱彗星試驗（comet test)140 0.0 mol/L 1.0 mol/L

40、2.5 mol/L 5.0 mol/L 10.0 mol/L NaAsO2染毒SCGE觀察細胞DNA損傷彗星圖 4、染色體畸變分析chromosome aberration assay觀察染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)目改變，又稱細胞遺傳學試驗。將觀察細胞停留在細胞分裂中期相，用顯微鏡檢查染色體畸變和染色體分離異常。141一條染色體的兩條單體在同一位置發(fā)生同源片段的變換，稱為姐妹染色單體交換。由于交換是對等的，所以染色體的形成沒有改變，但用特殊的培養(yǎng)液和處理方法可以顯示出來 1425、姐妹染色單體交換Sister-chromatid exchange, SCE 143SCE的遺傳學意義還不完全清楚，是否存在自發(fā)的SCE也還有爭議，交換的機理尚未完全闡明，但它顯然與DNA損傷和修復過程有關(guān)。作為一種簡便和敏感的遺傳學指