第04章 DNA損傷與修復(fù)

1、 非電離輻射非電離輻射 紫外線和能量低于紫外線的所有電磁輻射紫外線和能量低于紫外線的所有電磁輻射 自由基自由基是指能夠獨(dú)立存在，核外帶有未配對(duì)電子的原子或分子是指能夠獨(dú)立存在，核外帶有未配對(duì)電子的原子或分子表示方式：在原有原子或分子符號(hào)的左上角標(biāo)記一個(gè)圓點(diǎn)表示方式：在原有原子或分子符號(hào)的左上角標(biāo)記一個(gè)圓點(diǎn)“ ” 自由基的來源自由基的來源 1. 1.電離輻射通過電離和激發(fā)產(chǎn)生電離輻射通過電離和激發(fā)產(chǎn)生 2.2.代謝產(chǎn)生活性氧代謝產(chǎn)生活性氧 自由基與自由基與DNA之間發(fā)生化合反應(yīng)、之間發(fā)生化合反應(yīng)、 抽氫作用和加成反應(yīng)等抽氫作用和加成反應(yīng)等 自由基的危害自由基的危害 損傷堿基、核糖、磷酸二酯鍵。損

2、傷堿基、核糖、磷酸二酯鍵。 化學(xué)毒物化學(xué)毒物化學(xué)因素化學(xué)因素常見的化學(xué)誘變劑常見的化學(xué)誘變劑化合物類別化合物類別作作 用用 點(diǎn)點(diǎn)分子改變分子改變堿基類似物堿基類似物如：如：5-BUA 5-BU G- A - T - G - C -羥胺類（羥胺類（NH2OH）T C- T - A - C - G -亞硝酸鹽（亞硝酸鹽（NO2）C U- G - C - A - T -烷化劑烷化劑如：氮芥類，如：氮芥類，NitrominsG mGG mGDNA缺失缺失G目目 錄錄1. . 堿基和糖基破壞堿基和糖基破壞 損傷因素?fù)p傷因素酸、熱去嘌呤作用、堿基修飾劑、自由基、酸、熱去嘌呤作用、堿基修飾劑、自由基、活性氧

3、、紫外線活性氧、紫外線損傷類型損傷類型堿基丟失堿基丟失/ /插入、堿基置換、插入、堿基置換、DNADNA片段缺失片段缺失/ /插入插入損傷因素?fù)p傷因素 堿基類似物、堿基修飾劑、自發(fā)脫氨基堿基類似物、堿基修飾劑、自發(fā)脫氨基常見錯(cuò)配類型常見錯(cuò)配類型UT 損傷因素?fù)p傷因素 電離輻射、化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)電離輻射、化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo) 損傷類型損傷類型單鏈斷裂、雙鏈斷裂（最嚴(yán)重?fù)p傷，不能單鏈斷裂、雙鏈斷裂（最嚴(yán)重?fù)p傷，不能原位修復(fù)，易致畸原位修復(fù)，易致畸)損傷因素?fù)p傷因素?fù)p傷類型損傷類型 鏈內(nèi)交聯(lián)鏈內(nèi)交聯(lián) 同一同一DNA鏈上堿基共價(jià)結(jié)合鏈上堿基共價(jià)結(jié)合 嘧啶二聚體嘧啶二聚體DNA鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶

4、堿 基之間共價(jià)結(jié)合，形式有基之間共價(jià)結(jié)合，形式有TT、CT、CC鏈間交聯(lián)鏈間交聯(lián) DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)蛋白質(zhì)交聯(lián)DNA交聯(lián)示意圖修復(fù)修復(fù)(repairing) 是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。光修復(fù)光修復(fù)(light repairing)切除修復(fù)切除修復(fù)(excision repairing)重組修復(fù)重組修復(fù)(recombination repairing)SOS修復(fù)修復(fù) 錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)修復(fù)的主要類型修復(fù)的主要類型光復(fù)活酶光復(fù)活酶與與DNADNA鏈上嘧啶二聚體部位結(jié)合鏈上嘧啶二聚體部位結(jié)合 受波長為受波長為260-

5、380 nm的近紫外線的近紫外線作用激活使二聚體解聚作用激活使二聚體解聚 酶從酶從DNA鏈上解離，鏈上解離，DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常結(jié)構(gòu) （一）回復(fù)修復(fù)（一）回復(fù)修復(fù) 酶學(xué)光復(fù)活酶學(xué)光復(fù)活光修復(fù)酶光修復(fù)酶(photolyase) UV 定義定義 在多種酶的作用下，先將損傷區(qū)域切除，在多種酶的作用下，先將損傷區(qū)域切除，然后利用互補(bǔ)鏈為模板，合成一段正確配對(duì)的然后利用互補(bǔ)鏈為模板，合成一段正確配對(duì)的堿基順序來修補(bǔ)堿基順序來修補(bǔ)切除過程切除過程切除方式切除方式識(shí)別并切除識(shí)別并切除修復(fù)合成并連接修復(fù)合成并連接vDNADNA分子中一旦產(chǎn)生了分子中一旦產(chǎn)生了APAP位點(diǎn)，位點(diǎn)，APAP核酸內(nèi)核酸內(nèi)切酶就

6、會(huì)把受損核苷酸的糖苷切酶就會(huì)把受損核苷酸的糖苷- -磷酸鍵切開，磷酸鍵切開，并移去包括并移去包括APAP位點(diǎn)核苷酸在內(nèi)的小片段位點(diǎn)核苷酸在內(nèi)的小片段DNADNA，由由DNADNA聚合酶聚合酶I I合成新的片段，最終由合成新的片段，最終由DNADNA連連接酶把兩者連成新的被修復(fù)的接酶把兩者連成新的被修復(fù)的DNADNA鏈鏈堿基堿基切除修復(fù)切除修復(fù)(base-excision repair)(base-excision repair)。. .糖甘水解酶識(shí)別改變了的堿基，把堿基從糖甘水解酶識(shí)別改變了的堿基，把堿基從N-N- -糖苷鍵處切下來，在糖苷鍵處切下來，在DNADNA鏈上形成去嘌呤或去鏈上形成去

7、嘌呤或去嘧啶位點(diǎn)，統(tǒng)稱為嘧啶位點(diǎn)，統(tǒng)稱為APAP位點(diǎn)。位點(diǎn)。由由APAP磷酸內(nèi)切酶將受損核磷酸內(nèi)切酶將受損核甘酸的糖苷甘酸的糖苷- -磷酸鍵切開磷酸鍵切開53DNADNA連接酶連接連接酶連接利用利用DNADNA聚合酶聚合酶I I在在切除損傷切除損傷部位，補(bǔ)部位，補(bǔ)上核苷酸上核苷酸識(shí)別損傷部位識(shí)別損傷部位損傷的兩邊切除幾個(gè)核苷酸損傷的兩邊切除幾個(gè)核苷酸DNA DNA 聚合酶以母鏈為聚合酶以母鏈為模板復(fù)制合成新子鏈模板復(fù)制合成新子鏈DNADNA連接酶將切口補(bǔ)平連接酶將切口補(bǔ)平 核苷酸切除核苷酸切除被切除的不是單個(gè)堿基，而是一段寡核苷酸。被切除的不是單個(gè)堿基，而是一段寡核苷酸。是細(xì)胞內(nèi)更為重要的一種

8、修復(fù)方式是細(xì)胞內(nèi)更為重要的一種修復(fù)方式 是是DNA修復(fù)的一種普遍形式修復(fù)的一種普遍形式定義定義重組酶系將未受損傷的重組酶系將未受損傷的DNA片段移到損傷部位，片段移到損傷部位，提供正確的模板，進(jìn)行修復(fù)提供正確的模板，進(jìn)行修復(fù)分類分類 同源性重組同源性重組 兩段雙鏈兩段雙鏈DNA同源性大于同源性大于200 bp，大腸桿菌及酵，大腸桿菌及酵母中母中Rec A蛋白、人細(xì)胞中蛋白、人細(xì)胞中Rad51是關(guān)鍵是關(guān)鍵非同源性重組非同源性重組 同源性低，同源性低，DNA雙鏈斷裂的主要修復(fù)方式，關(guān)雙鏈斷裂的主要修復(fù)方式，關(guān)鍵分子是鍵分子是DNA-PK及及XRCC4，非精確修復(fù)，非精確修復(fù)復(fù)制中出現(xiàn)損傷重組修復(fù)D

9、NA聚合酶填補(bǔ)缺損u原核生物利用甲基化區(qū)分原核生物利用甲基化區(qū)分old strand old strand 和和new strandnew strand，因此原核細(xì)胞中的錯(cuò)，因此原核細(xì)胞中的錯(cuò)配修復(fù)也稱甲基化指導(dǎo)的錯(cuò)配修復(fù)配修復(fù)也稱甲基化指導(dǎo)的錯(cuò)配修復(fù)（methyl-directed mismatch repairmethyl-directed mismatch repair）。）。u錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)識(shí)別母鏈靠錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)識(shí)別母鏈靠DamDam甲基化酶甲基化酶（Dam methylaseDam methylase），它能使位于），它能使位于5 5GATCGATC序列中序列中A A的的N6N6位甲基

10、化。一旦復(fù)位甲基化。一旦復(fù)制叉通過復(fù)制起始位點(diǎn)，母鏈就會(huì)在開始制叉通過復(fù)制起始位點(diǎn)，母鏈就會(huì)在開始DNADNA合成前的一小點(diǎn)時(shí)間（幾秒鐘至幾分合成前的一小點(diǎn)時(shí)間（幾秒鐘至幾分鐘）內(nèi)被甲基化。剛合成的鐘）內(nèi)被甲基化。剛合成的DNADNA新鏈上的新鏈上的GATCGATC序列還沒有來得及甲基化，而作為模序列還沒有來得及甲基化，而作為模板的板的old strandold strand早已被甲基化了，利用這種早已被甲基化了，利用這種差別區(qū)分差別區(qū)分old strand old strand 和和 new strandnew strand。 1. MutSMutS發(fā)現(xiàn)錯(cuò)配堿基發(fā)現(xiàn)錯(cuò)配堿基2.2.在水解在水

11、解ATPATP的作用下，的作用下，MutSMutS， MutLMutL與堿基錯(cuò)與堿基錯(cuò)配點(diǎn)的配點(diǎn)的DNADNA雙鏈結(jié)合雙鏈結(jié)合3.MutS-MutL3.MutS-MutL在在DNADNA雙雙鏈上移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)甲基化鏈上移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)甲基化DNADNA后由后由MutHMutH切開非切開非甲基化的子鏈甲基化的子鏈錯(cuò)配堿基位于錯(cuò)配堿基位于切口切口3 3下游端下游端，錯(cuò)配堿基位于錯(cuò)配堿基位于切口切口5 5上游端，上游端， 定義定義 DNA損傷時(shí)應(yīng)急產(chǎn)生的修復(fù)作用，解損傷時(shí)應(yīng)急產(chǎn)生的修復(fù)作用，解除修復(fù)系統(tǒng)抑制，使其產(chǎn)物除修復(fù)系統(tǒng)抑制，使其產(chǎn)物 (多種修復(fù)蛋白多種修復(fù)蛋白)參與修復(fù)參與修復(fù)SOS修復(fù)中修復(fù)中Lex

12、A-RecA操縱子的作用機(jī)理操縱子的作用機(jī)理v表達(dá)表達(dá)RecARecA蛋白與這些缺口處單鏈蛋白與這些缺口處單鏈DNADNA相結(jié)相結(jié)合，被激活成蛋白酶。具有蛋白酶活性的合，被激活成蛋白酶。具有蛋白酶活性的RecARecA蛋白將蛋白將LexALexA蛋白切割成沒有阻遏作用蛋白切割成沒有阻遏作用的和具有與操縱區(qū)的和具有與操縱區(qū)DNADNA結(jié)合活性的兩個(gè)片段，結(jié)合活性的兩個(gè)片段，導(dǎo)致導(dǎo)致SOSSOS體系的高效表達(dá)，使體系的高效表達(dá)，使DNADNA得以修復(fù)。得以修復(fù)。SOS反應(yīng)反應(yīng) SOS基因基因紫外線紫外線激活激活Rec ALex A阻遏蛋白阻遏蛋白 與與DNA 損傷修復(fù)有損傷修復(fù)有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)關(guān)的

13、酶和蛋白質(zhì)基因基因表達(dá)表達(dá)Lex A阻遏蛋白阻遏蛋白操縱序列操縱序列DNA產(chǎn)生腫瘤的原因產(chǎn)生腫瘤的原因DNA損傷可導(dǎo)致原癌基因的激活和抑癌基損傷可導(dǎo)致原癌基因的激活和抑癌基因失活，導(dǎo)致細(xì)胞惡變因失活，導(dǎo)致細(xì)胞惡變產(chǎn)生的典型腫瘤產(chǎn)生的典型腫瘤 人類遺傳性非息肉性結(jié)腸癌人類遺傳性非息肉性結(jié)腸癌 家族遺傳性乳腺癌和卵巢癌家族遺傳性乳腺癌和卵巢癌 1.DNADNA修復(fù)缺陷導(dǎo)致的人類遺傳病修復(fù)缺陷導(dǎo)致的人類遺傳病 著色性干皮?。ㄖ愿善げ。╔P） 2.細(xì)胞對(duì)細(xì)胞對(duì)DNA損傷應(yīng)答缺陷損傷應(yīng)答缺陷 一種常染色體隱性遺傳病，發(fā)病率在十一種常染色體隱性遺傳病，發(fā)病率在十萬分之一至數(shù)十萬分之一。主要影響機(jī)體萬分之一至數(shù)十萬分之一。主要影響機(jī)體的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和皮膚的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和皮膚 共濟(jì)失調(diào)共濟(jì)失調(diào)- -毛細(xì)血管擴(kuò)張