第五章?lián)p傷與修復(fù)演示文稿

第五章?lián)p傷與修復(fù)演示文稿本文檔共58頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\12點30分優(yōu)選第五章?lián)p傷與修復(fù)本文檔共58頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\12點30分為什么要研究DNA損傷應(yīng)答？(DNADamageResponse,DDR)本文檔共58頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\12點30分DNA損傷類型和數(shù)量TYPEOFDAMAGEevents/cell/day%oftotaldailydamageSingle-strandbreak120,00050.9N7-MethylGuanine84,00035.6Depurination24,00010.2OxidizedDNA2,8801.2Depyrimidation1,3200.5Cytosinedeamination3600.2Double-strandbreaks90.01本文檔共58頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\12點30分DNA損傷與疾病本文檔共58頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\12點30分第一節(jié)DNA損傷何謂DNA損傷？在內(nèi)源或外源因素作用下，DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生的任何改變都稱為DNA損傷DNA損傷的后果：一、DNA失去作為復(fù)制和轉(zhuǎn)錄模板的功能，導(dǎo)致細(xì)胞死亡；二、DNA的結(jié)構(gòu)發(fā)生永久性改變本文檔共58頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\12點30分一、DNA損傷的類型堿基的更替、缺失、插入、鏈的斷裂、鏈內(nèi)或鏈間的交聯(lián)、DNA重排等。天然的線性染色體末端—端粒？本文檔共58頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\12點30分二、損傷因素內(nèi)源因素：染色體復(fù)制、活性氧等外源因素：紫外線、電離輻射、堿基類似物、修飾劑、烷化劑、化學(xué)誘變劑等。本文檔共58頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\12點30分三、突變的類型1.點突變：是指DNA分子中一個堿基的改變。包括轉(zhuǎn)換（嘌呤堿基→嘌呤堿基）和顛換（嘌呤堿基→嘧啶堿基或嘧啶堿基→嘌呤堿基）2.插入突變：是指DNA分子中插入多余的堿基。3.缺失突變：是指DNA分子中堿基的丟失。插入突變和缺失突變可引起移碼突變。4.三聯(lián)體擴(kuò)增：脆性X染色體綜合征是由于FMR-1基因中CGG重復(fù)突變5.DNA片段重組本文檔共58頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\12點30分四、突變的后果1.中性突變基因突變（特別是點突變），不一定就是有害突變。突變是生物進(jìn)化和分化的分子基礎(chǔ)；只有基因型改變的突變，即堿基組成改變，但蛋白質(zhì)分子中氨基酸未改變。如有些點突變發(fā)生在同義密碼子的第二或第三位堿基，或發(fā)生在基因的內(nèi)含子上。因此突變不一定就是損傷。Pointmutation---GCG------CGC------GCC------CGG---精氨酸精氨酸本文檔共58頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\12點30分2.有害突變嚴(yán)重的突變或突變的長期積累，導(dǎo)致DNA復(fù)制障礙或不能進(jìn)行，或基因表達(dá)異常，引起DNA損傷導(dǎo)致疾病。因此突變是某些疾病的分子基礎(chǔ)本文檔共58頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\12點30分鐮狀紅細(xì)胞貧血-點突變本文檔共58頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\12點30分第二節(jié)DNA損傷的機(jī)制一、自發(fā)性損傷1.DNA復(fù)制過程中的堿基錯配（錯誤率為10-9，修復(fù)后降為10-10

）本文檔共58頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\12點30分2.三聯(lián)體擴(kuò)增（即三核苷酸重復(fù)）是指三個不同的堿基為一個單位重復(fù)排列而形成的DNA序列。理論上，基因組中應(yīng)該含有10類60種三核苷重復(fù)DNA序列。如CAG\CTG、GAA\TTC等三核苷酸重復(fù)序列。其中，CAG\CTG、GAA\TTC、CGG\CCG等三核苷酸重復(fù)序列序列與20種以上的神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)退行性疾病的發(fā)病有關(guān)。這些三核苷重復(fù)序列可以出現(xiàn)不明原因的擴(kuò)增，從而累及所在或周圍基因的正常表達(dá)或正常的生物活性。本文檔共58頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\12點30分19q13.2~19q13.3本文檔共58頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\12點30分果蠅FMRP調(diào)節(jié)DNA損傷導(dǎo)致的細(xì)胞周期檢驗點和凋亡fmr突變導(dǎo)致DNA損傷敏感FMRP工作模式Liuetal.HumanMolecularGenetics.2012本文檔共58頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\12點30分本文檔共58頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\12點30分3.堿基的烯醇式-酮式或氨基-亞氨基異構(gòu)體互變引起堿基錯配本文檔共58頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\12點30分4.自發(fā)脫氨基C→U引起U→A、A→I引起I→C、G→X（無配對堿基）本文檔共58頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\12點30分5.堿基丟失引起突變3′5′3′5′本文檔共58頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\12點30分二、環(huán)境因素誘發(fā)DNA損傷分子機(jī)制（一）紫外線引起DNA損傷的機(jī)制當(dāng)DNA暴露與260nm的紫外線時，DNA鏈相鄰的嘧啶堿基可形成5，6雙鍵，產(chǎn)生嘧啶二聚體—TT、TC或CC，最常見為TT二聚體。人皮膚細(xì)胞受紫外線照射形成二聚體的可達(dá)5×104/細(xì)胞/小時。此外，紫外線還可引起DNA鏈間交聯(lián)、DNA與蛋白質(zhì)交聯(lián)、甚至斷鏈。本文檔共58頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\12點30分（二）電離輻射引起DNA損傷的機(jī)制1.可導(dǎo)致DNA堿基改變電離輻射可產(chǎn)生OH自由基，引起DNA鏈上堿基氧化修飾（如T轉(zhuǎn)變?yōu)?-羥甲基尿嘧啶）、堿基開環(huán)（如腺嘌呤7，8-雙鍵斷開）和脫落。嘧啶與嘌呤更敏感。2.可導(dǎo)致DNA斷鏈.OH自由基破壞脫氧核糖脫落或斷裂3′，5′-磷酸二酯鍵使DNA斷鏈3.可導(dǎo)致DNA鏈交聯(lián)電離輻射可使同一條DNA鏈內(nèi)或兩條DNA鏈之間或DNA與蛋白質(zhì)間發(fā)生交聯(lián)。本文檔共58頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\12點30分三、烷化劑引起DNA損傷的機(jī)制烷化劑是親電子化合物，分子中帶有活性烷基?；钚酝榛赊D(zhuǎn)移到DNA的堿基或磷酸基上，使之烷基化。鳥嘌呤最易烷基化。烷化劑包括芥子氣、硫酸二乙酯、甲基-亞硝基胍、甲基甲烷碘酸、氮芥、硫芥、環(huán)磷酰氨、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等1.可導(dǎo)致堿基錯配烷基常加到堿基的N（N7烷基化鳥嘌呤G或N3烷基化腺嘌呤A）或O原子上，使烷基化的G與T配對。2.可導(dǎo)致堿基脫落烷基化鳥嘌呤的糖苷鍵不穩(wěn)定而斷裂，使DNA鏈產(chǎn)生無堿基位點，復(fù)制時可插入任何堿基。2.可導(dǎo)致DNA斷鏈磷酸基上O的烷基化，使3′，5′-磷酸二酯鍵斷裂4.可導(dǎo)致DNA鏈的交聯(lián)本文檔共58頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期三\12點30分四、堿基類似物引起DNA損傷的機(jī)制堿基類似物在結(jié)構(gòu)上與堿基相似，它們進(jìn)入體內(nèi)后，在DNA復(fù)制過程中，可替代堿基摻入而干擾DNA合成，引起堿基錯配。堿基類似物包括5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氟尿嘧啶（5-FU）、2-氨基腺嘌呤等。本文檔共58頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期三\12點30分本文檔共58頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期三\12點30分五、化學(xué)修飾劑和化學(xué)誘變劑引起DNA損傷的機(jī)制化學(xué)修飾劑能專一地修飾DNA分子的堿基導(dǎo)致堿基錯配如亞硝酸鹽（使C氧化脫氨基變成U，導(dǎo)致G-C轉(zhuǎn)變?yōu)锳-T，或使A氧化脫氨基變成I，導(dǎo)致A-T轉(zhuǎn)變?yōu)镚-C）、羥氨（使T脫甲基變?yōu)镃，導(dǎo)致A-T轉(zhuǎn)變?yōu)镃-G）致癌物黃曲霉素B也是導(dǎo)致序列的變化。丫啶類化合物、溴化乙啶等也引起DNA損傷。本文檔共58頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期三\12點30分本文檔共58頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期三\12點30分第三節(jié)損傷DNA的修復(fù)在一定條件下，損傷的DNA分子恢復(fù)正常的過程。修復(fù)方式有：直接修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)、跨

損傷修復(fù)和SOS修復(fù)本文檔共58頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期三\12點30分一）、光修復(fù)光復(fù)活酶（即光裂合酶）直接修復(fù)嘧啶二聚體（見于細(xì)菌和低等真核生物）光復(fù)活酶300~500nmUV照射一、直接修復(fù)本文檔共58頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期三\12點30分二）、DNA連接酶直接修復(fù)DNA斷裂口本文檔共58頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期三\12點30分三）、烷基化堿基的直接修復(fù)例如，E.Coli的Ada酶和人類的O6甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（MGMT）可將烷基不可逆地轉(zhuǎn)移到自身而完成修復(fù)，本身失活（自殺修復(fù)）。本文檔共58頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期三\12點30分四）、DNA嘌呤插入酶直接修復(fù)無嘌呤位點（APsite）本文檔共58頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期三\12點30分二、切除修復(fù)—最普遍和常見的修復(fù)方式切除修復(fù)需要DNA特異內(nèi)切酶、核酸外切酶、糖苷酶、DNA聚合酶和DNA連接酶的參與。包括單個核苷酸切除和核苷酸片段切除修復(fù)。切除修復(fù)屬于復(fù)制前修復(fù)本文檔共58頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期三\12點30分ACUTCATGGAGTACG*TCATGGAGT糖苷酶ACG*TCATGGAGTAP內(nèi)切酶和外切酶ACCTCATGGAGTDNA聚合酶DNA連接酶1.單個核苷酸切除修復(fù)本文檔共58頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期三\12點30分2.核苷酸片段切除修復(fù)

--UvrABC修復(fù)系統(tǒng)具有ATP酶活性的UvrA

與UvrB結(jié)合，并識別

與結(jié)合DNA損傷部位。

具有內(nèi)切酶作用的UvrC

置換出UvrA，與UvrB-DNA結(jié)合。UvrD（DNA解旋酶Ⅱ）釋放

切

下的損傷片段。DNA聚合酶Ⅰ填補(bǔ)缺

口，并由DNA連接酶

連接。本文檔共58頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期三\12點30分人類著色性干皮?。▁erodermapigmentosis,XP）常染色體隱性遺傳。皮膚對日光，尤其是對紫外線敏感。主要臨床表現(xiàn)是皮膚雀斑樣色素沉著，毛細(xì)血管擴(kuò)張，局限性萎縮，疣狀增生，淺表潰瘍，最后可癌變。這種病人的XP類基因（XPA、XPB、XPC、XPF、XPG）有缺陷，導(dǎo)致DNA損傷后的修復(fù)障礙。本文檔共58頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期三\12點30分3.錯配修復(fù)當(dāng)DNA復(fù)制時，摻入了錯誤的堿基，在校讀時未被去除，可經(jīng)由該通路的酶偵測出來，將其中一股切出，并加以修補(bǔ)。本文檔共58頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期三\12點30分三、重組修復(fù)--復(fù)制后修復(fù)本文檔共58頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期三\12點30分本文檔共58頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期三\12點30分四、跨損傷DNA合成修復(fù)跨損傷DNA合成（TranslesionDNASynthesis,TLS是近年來新發(fā)現(xiàn)的參與DNA修復(fù)的又一機(jī)制。TLS包括無錯損傷旁路（error-freelesionbypass）及易錯損傷旁路（error-pronelesionbypass）；易錯損傷旁路可導(dǎo)致DNA損傷誘導(dǎo)的突變。

跨損傷DNA合成，這是一種利用損傷核苷酸為模板，通過跨損傷DNA聚合酶使堿基摻入到復(fù)制終止處進(jìn)行DNA合成，從而延長DNA的修復(fù)。

本文檔共58頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期三\12點30分五、SOS修復(fù)—誘導(dǎo)修復(fù)SOS修復(fù)是細(xì)胞DNA受到廣泛損傷而難以復(fù)制的緊急情況下，細(xì)胞為求生存而出現(xiàn)的一種應(yīng)急反應(yīng)。此時，細(xì)胞需調(diào)動其所有的修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)。20世紀(jì)50年代，Weigle首次在E.coli中發(fā)現(xiàn)SOS修復(fù)系統(tǒng)。1973年，Raelman首次稱為SOS修復(fù)。SOS反應(yīng)誘導(dǎo)的修復(fù)系統(tǒng)包括避免差錯修復(fù)（光修復(fù)、切除修復(fù)和重組修復(fù)）和傾向差錯修復(fù)。誘導(dǎo)產(chǎn)生缺乏校正功能的DNA聚合酶，一方面進(jìn)行修復(fù)，同時也容易造成堿基錯配的機(jī)會而產(chǎn)生新的損傷。但總的結(jié)果是細(xì)胞可以生存下去。本文檔共58頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期三\12點30分SOS反應(yīng)是由RecA蛋白和LexA阻遏物蛋白相互作用引起的，LexA（22kD）阻遏物蛋白是許多基因的阻遏物。RecA蛋白是SOS反應(yīng)的最初發(fā)動因子。在ATP存在時，RecA被損傷的DNA激活而表現(xiàn)出蛋白水解酶活力，水解LexA阻遏物蛋白，使與修復(fù)有關(guān)的基因開放，表達(dá)產(chǎn)物即可對損傷的DNA進(jìn)行修復(fù)。本文檔共58頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期三\12點30分本文檔共58頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期三\12點30分DNA損傷修復(fù)缺陷與疾病本文檔共58頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期三\12點30分本文檔共58頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期三\12點30分DNA損傷應(yīng)答的若干關(guān)鍵因子

與損傷的時間和空間關(guān)系本文檔共58頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期三\12點30分Checkpoint本文檔共58頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期三\12點30分p53:“GuardianofGenome”腫瘤抑制因子最初鑒定為癌基因獲得性功能“Gainoffunction”超過50%的腫瘤中突變或異常本文檔共58頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期三\12點30分主要功能細(xì)胞周期檢驗點(checkpoint)凋亡本文檔共58頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期三\12點30分p53突變導(dǎo)致不同的轉(zhuǎn)錄譜Kollareddyetal.NATURECOMMUNICATIONS|Published12Jun2015|6:7389本文檔共58頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期三\12點30分什么是端粒(telomere)天然的染色體末端染色體末端由DNA和蛋白質(zhì)共同構(gòu)成的結(jié)構(gòu)來源于希臘語telos=endmeros=part本文檔共58頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期三\12點30分保護(hù)端粒的“T-loop”結(jié)構(gòu)本文檔共58頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期三\12點30分端粒的功能維持染色體末端保護(hù)染色體不發(fā)生融合、降解等本文檔共58頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期三\12點30分熒光原位雜交檢測端粒

（FluorescenceInSituHybridization,FISH)telomeresred

centromeregreen本文檔共58頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期三\12點30分端粒長