北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5-遺傳毒理學(xué)

遺傳毒理學(xué)

GeneticToxicology

北京大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院毒理學(xué)系郝衛(wèi)東1整理課件ppt遺傳毒理學(xué)(GeneticToxicology)是研究化學(xué)、物理因素對(duì)遺傳物質(zhì)（DNA）及活細(xì)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(yīng)的學(xué)科。遺傳毒理學(xué)主要研究致突變的作用機(jī)理，應(yīng)用檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和探究致突變物，提出評(píng)價(jià)致突變物健康危害的方法。遺傳毒性（genetictoxicity）指對(duì)基因組的損害能力，

包括對(duì)基因組毒作用引起的致突變性及其他不同效應(yīng)。致突變性（mutagenicity）指引起遺傳物質(zhì)發(fā)生突變的

能力，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)群體中突變率可以定量檢測(cè)。遺傳毒

性的概念更為廣泛，它包括致突變性。2整理課件ppt突變(mutation)：遺傳結(jié)構(gòu)本身的變化及引起的變異，是遺傳物質(zhì)的一種可遺傳的變異。自發(fā)突變(spontaneousmutation)誘發(fā)突變(inducedmutation)

化學(xué)致突變作用(chemicalmutagenesis)

誘變劑(mutagen)

直接誘變劑(direct-actingmutagen)

間接誘變劑(indirect-actingmutagen)3整理課件ppt死亡

中毒，患病

亞臨床變化

體內(nèi)過量負(fù)荷

致突變作用

致癌作用毒作用效應(yīng)譜(spectrumoftoxiceffects)

4整理課件ppt藥物遺傳毒性評(píng)價(jià)5整理課件ppt致突變作用的分類

基因突變（genemutation)base-pairsubstitutionmutationframeshiftmutation

染色體突變(chromosomemutation)chromosomeaberrationchromatridaberration

基因組突變(genomicmutation)aneuploideuploid6整理課件pptATC堿基置換示意圖GGC基因突變GTGACGATCATATAT7整理課件ppt8整理課件ppt9整理課件ppt致突變作用的分類

基因突變（genemutation)base-pairsubstitutionmutation

frameshiftmutation

染色體突變(chromosomemutation)

基因組突變(genomicmutation)

10整理課件ppt11整理課件ppt致突變作用的分類

基因突變（genemutation)

染色體突變(chromosomemutation)chromosomeaberrationchromatridaberration

基因組突變(genomicmutation)aneuploideuploid12整理課件ppt13整理課件ppt14整理課件ppt致突變作用的分類

基因突變（genemutation)

染色體突變(chromosomemutation)

基因組突變(genomicmutation)aneuploideuploid15整理課件ppt不同物種動(dòng)物的染色體數(shù)目

物種體細(xì)胞(2n)性細(xì)胞(n)物種體細(xì)胞(2n)性細(xì)胞(n)

人4623貓3819

大鼠4221兔4422

小鼠4020狗783916整理課件ppt致突變作用機(jī)制

基因突變、染色體畸變

DNA損傷

非整倍體、整倍體

有絲分裂或減數(shù)分裂器損傷17整理課件ppt18整理課件ppt19整理課件ppt致突變作用機(jī)制

基因突變、染色體畸變

DNA損傷

非整倍體、整倍體

有絲分裂或減數(shù)分裂器損傷20整理課件ppt對(duì)紡錘體的毒作用機(jī)制與微管蛋白二聚體結(jié)合，妨礙微管的正確組裝，發(fā)生細(xì)胞分裂完全抑制。如秋水仙堿、長(zhǎng)春花堿、長(zhǎng)春新堿等。與微管上的巰基結(jié)合，細(xì)胞分裂不完全抑制。如鉛、鋅、汞、砷等。破壞已組裝好的微管。如灰黃霉素、秋水仙堿、乙酰甲基秋水仙堿、長(zhǎng)春花堿可導(dǎo)致組裝好的微管解聚；毛地黃皂苷能通過非特異的蛋白質(zhì)變性作用而破壞微管；異丙基－N－氨基甲酸苯酯和其它氨基甲酸酯能使微管失去定向能力。妨礙中心粒移動(dòng)。秋水仙堿能妨礙有絲分裂早期兩對(duì)中心粒的分離和移向兩極。21整理課件pptDNA損傷DNA損傷感受器DNA修復(fù)轉(zhuǎn)錄應(yīng)答DNA損傷關(guān)卡凋亡22整理課件pptDNA損傷修復(fù)途徑直接修復(fù)

光復(fù)活–嘧啶二聚體、6-4光化合物

O6-甲基鳥嘌呤–DNA甲基轉(zhuǎn)移酶修復(fù)-O6-甲基鳥嘌呤切除修復(fù)

堿基切除修復(fù)–嘧啶二聚體，氧化損傷，輻射、烷化劑引起的損傷核苷切除修復(fù)–底物范圍寬錯(cuò)配堿基修復(fù)–錯(cuò)配堿基雙鏈斷裂修復(fù)

同源重組–雙鏈斷裂非同源末端連接–雙鏈斷裂交聯(lián)修復(fù)–DNA鏈內(nèi)交聯(lián)23整理課件ppt估計(jì)的人類內(nèi)源性DNA損傷和修復(fù)過程

損傷類型損傷發(fā)生率最大修復(fù)速度

脫嘌呤1000a

脫嘧啶55a

胞嘧啶脫氨15a

單鏈斷裂50002×105N7—甲基化鳥嘌呤3500aO6—甲基化鳥嘌呤130104

氧化性產(chǎn)物120

105注：損傷發(fā)生率以每小時(shí)每細(xì)胞發(fā)生次數(shù)計(jì)，最大修復(fù)速度以每小時(shí)每細(xì)胞修復(fù)的堿基對(duì)數(shù)計(jì)，a指雖已測(cè)出實(shí)際的值，但估計(jì)最大修復(fù)速度為發(fā)生率的2倍以上

24整理課件ppt致突變作用的不良后果哺乳動(dòng)物誘發(fā)突變體細(xì)胞突變生殖細(xì)胞突變動(dòng)脈粥未知衰老腫瘤畸胎顯性致死出生缺陷樣硬化疾病（胚胎接（不可遺傳遺傳負(fù)荷觸毒物）的改變）先天疾病

(基因突變小的缺失平衡易位)給有效劑量的誘變劑25整理課件ppt致癌作用多階段模式圖26整理課件ppt化學(xué)因素物理因素生物因素環(huán)境因素原癌基因

癌基因

原癌基因點(diǎn)突變?cè)┗驍U(kuò)增染色體易位與基因重排原癌基因抑制解除原癌基因缺失27整理課件ppt

人類單基因遺傳病病種歷年增加趨勢(shì)

1966196819711975197819831986

常染色體顯性8377939431215148918272201

常染色體隱性531629783947111712981420

X連鎖119123150171205243286合計(jì)1487154518762336281133683907

28整理課件ppt遺傳性疾病發(fā)生率在新生兒中

1％患有染色體顯性突變的疾病(如家族性息肉、多發(fā)性神經(jīng)纖維瘤等)0.25％患者有常染色體隱性突變的疾病(如著色性干皮病、苯丙酮尿癥等)0.5%患有性連鎖的疾病(如假肥大性肌營(yíng)養(yǎng)障礙、血友病等)0.4%的患有與易位及非整倍體等染色體異常有關(guān)的疾病

3％－6％的新生兒患先天畸形如果包括那些通常要在晚些時(shí)候才發(fā)生的和遺傳有關(guān)的多病因疾病，如心臟病、高血壓和糖尿病等，受影響的人群比例可達(dá)60％以上。

29整理課件ppt致突變作用的不良后果哺乳動(dòng)物誘發(fā)突變體細(xì)胞突變生殖細(xì)胞突變動(dòng)脈粥未知衰老腫瘤畸胎顯性致死出生缺陷樣硬化疾病（胚胎接（不可遺傳遺傳負(fù)荷觸毒物）的改變）先天疾病

(基因突變小的缺失平衡易位)給有效劑量的誘變劑30整理課件ppt遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)

基于表型改變撿測(cè)基因突變及小缺失：通過細(xì)胞學(xué)的方法觀察大的染色體損傷；直接檢測(cè)DNA損傷（如DNA加合物測(cè)定，DNA鏈斷裂測(cè)定等)或間接反映DNA損傷(如DNA損傷修復(fù)發(fā)生的檢測(cè)等）的試驗(yàn)方法。

目的：評(píng)價(jià)遺傳危害性預(yù)測(cè)致癌性分類：基因突變?cè)囼?yàn)(assaysforgenemutation)

染色體損傷試驗(yàn)(assaysforchromosomedamage)

非整倍體試驗(yàn)(assaysforaneuploidy)DNA損傷的試驗(yàn)(assaysforDNAdamage)31整理課件ppt遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)的基本類型32整理課件ppt

細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)Bacterialreversemutationassay

-AmesTest33整理課件ppt34整理課件pptAmes試驗(yàn)原理鼠傷寒沙門氏菌組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型原養(yǎng)型(his+)突變株(his-)±代謝活化系統(tǒng)受試物

正向突變回復(fù)突變35整理課件pptAmes試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)菌株的基因型菌株組氨酸靶部位的DNA序列其他基因標(biāo)志突變部位野生型突變型TA1537C3076-GGGG-在G：C重復(fù)區(qū)域rfa,△uvrB-CCCC-移碼突變TA97hisD6610-GGGGGG-在G：C重復(fù)區(qū)域rfa,△uvrB,pKM101-CCCCCC-移碼突變TA98hisD3052-ACC-GCC-CGG-CAG-G--ACC-GCC-GGC-AGG-rfa,△uvrB,pKM101-TGG-CGG-GCC-GTC-C--TGG-CGG-CCG-TCC-TA1535hisG46-GAG--GGG-rfa,△uvrB-CTC--CCC-TA100hisG46-GAG--GGG-rfa,△uvrB,pKM101-CTC--CCC-TA102hisG428-CAA--TAA-rfa,pKM101(pAQ1)-GTT--ATT-TA104hisG428-CAA--TAA-rfa,△uvrB-GTT--ATT-pKM101(pAQ1)36整理課件pptAmes測(cè)試菌株的遺傳特性

特性選作測(cè)試菌株的理由

raf改變細(xì)菌莢膜脂多糖屏障,使致突變物有更大的通透性

△uvrB切除修復(fù)系統(tǒng)缺失,增加對(duì)很多致突變物的敏感性

pKM101

增強(qiáng)對(duì)某些其活性依賴于SOS系統(tǒng)的致突變物的敏感性

pAQ1pAQ1上hisG428的回復(fù)性可被測(cè)試37整理課件ppt

僅誘發(fā)一種菌株回變的化學(xué)物數(shù)

時(shí)間總數(shù)TA98TAl00TAl535TAl537TAl538WP2uvrA

1979—19871051431138142

(100％)(13.3％)(29.5％)(12.4％)(7.6％)(13.3%)(23.8％)1985—198917433623014未測(cè)35

(100％)(19.0％)(35.6％)(17.2％)(8.0％)(20.1％)

38整理課件pptMaronandAmes(1983)

TA97;TA98;TA100;TA102ICH

TA98;TA100;TA1535;TA1537或TA97或

TA97a;TA102或E.coliWP2uvrA或

E.coliWP2uvrA(pKM101)39整理課件pptAmes試驗(yàn)原理鼠傷寒沙門氏菌組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型原養(yǎng)型(his+)突變株(his-)±代謝活化系統(tǒng)受試物

正向突變回復(fù)突變40整理課件ppt41整理課件ppt42整理課件ppt43整理課件ppt真核細(xì)胞與原核細(xì)胞DNA的特征

真核細(xì)胞原核細(xì)胞

主要是二倍體主要是單倍體

DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合構(gòu)成染色體未與蛋白質(zhì)復(fù)合

DNA主要存在于細(xì)胞核中DNA在細(xì)胞質(zhì)中不固定

DNA是在有絲分裂特定時(shí)期中復(fù)制DNA復(fù)制不表現(xiàn)出形態(tài)學(xué)分期叫A包含在線性染色體中DNA常形成一圈染色體復(fù)制與分離須依賴名為復(fù)制與細(xì)胞器無關(guān)中心粒的細(xì)胞器常見重復(fù)的無功能的基因序列DNA中全部編碼基因都有功能

DNA模型中存在非編碼間隔序列未發(fā)現(xiàn)