F_DNA 損傷、修復(fù)和重組

1、DNA損傷、修復(fù)和重組 1突變和突變發(fā)生 （mutation and mutagenesis)DNA損傷（DNA damage）DNA修復(fù)（DNA repair）重組（recombination）2突變概念 突變（mutation） DNA分子堿基序列的可遺傳改變 突變體（mutant） 與野生型（+）相對 突變劑（mutagen） 突變發(fā)生（mutagenesis） 自發(fā)突變（spontaneous mutation） 誘發(fā)突變（induced mutation） 31. DNA堿基序列改變的多少 單點(diǎn)突變（point mutation） 堿基替換（base substitution） 轉(zhuǎn)換

2、（transition） A-T G-C 顛換（transversion）A-T T-A 堿基增加（base addition） 堿基刪除（base deletion） 多點(diǎn)突變（multiple mutation）突變類型42. 對遺傳信息的改變 無聲突變（silent mutation） GAG (Glu) GAA (Glu) 中性突變（neutral mutation） GAG (Glu) GAC/U (Asp) 錯義突變（missense mutation） GAG (Glu) AAG (Lys) 無義突變（nonsense mutation, Chain termination mu

3、tation） GAG (Glu) UAG (Stop) 5滲漏突變（Leaky mutation） 人的蠶豆病（葡萄糖-6-磷酸脫氫酶）移框突變（frameshift mutation）3. 對外界環(huán)境的敏感性 非條件突變（nonconditional mutation） 條件突變（conditional mutation） 溫度敏感型突變 (ts mutant,temperature-sensitive)61. 根據(jù)錯誤堿基的產(chǎn)生方式 直接誘變 (direct mutagenesis) 錯配堿基沒有被DNA修復(fù)系統(tǒng)去除 如：5-BU 間接誘變 (indirect mutagenesis)

4、轉(zhuǎn)移損傷DNA合成 （translesion DNA synthesis） 在下一輪復(fù)制： 模板鏈可以修復(fù)/子鏈產(chǎn)生突變 定向的（targetted）/非定向的（untargetted） SOS修復(fù)系統(tǒng)（原核生物） DNA聚合酶（真核生物 ）突變發(fā)生類型7 2. 根據(jù)是否有突變劑的參與突變發(fā)生突變發(fā)生類型自發(fā)突變（spontaneous mutation） 1. 堿基錯配錯配修復(fù)(mismatch repair) 2. 堿基互變異構(gòu)： 亞氨基A*- C, C*-A；烯醇式T*- G, G*-T 3. 脫嘌呤(depurination)AP endonucleases 4. 脫氨基(deamin

5、ation) CU / 尿嘧啶-N-葡糖基酶 (100C/genome/day/human cell) 突變熱點(diǎn)（Hot spots） C MeC (4% ) G - C G - T (MeC deamination) 不能被mismatch repair修復(fù)誘發(fā)突變（induced mutation） 8物理突變劑 高能離子輻射（X射線，射線） 失去電子 打斷雙鏈 破壞堿基和糖基 非離子輻射 形成新化學(xué)骨架 紫外線 嘧啶二聚體 突變劑9ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*化學(xué)突變劑 1. 堿基類似物 5-溴尿嘧啶（BU）102.亞硝酸（HNO2） CU， 與A配對，GC AT

6、AH (次黃嘌呤), 與C配對，AT GC GX (黃嘌呤), 與C配對，不引起突變3.羥氨 (HA) C N-4-羥-C, 與A配對, GC AT 11 5.嵌合劑 吖啶橙、原黃素、吖黃素等吖啶類染料 嵌合到DNA堿基對之間 base addition /deletion / frameshift mutation4. 烷基化試劑 甲基甲磺酸（MMS）/乙基亞硝基脲（ENU） 硫酸二甲酯 / 甲磺酸乙酯（EMS）/乙磺酸乙酯（NNG） GO6-alkyl-G, 與T配對, GC AT TO4-alkyl-T, 與G配對, AT GC12自發(fā)損傷: 脫氨基/ 脫嘌呤外源損傷: 1. 氧化損傷

7、(需氧細(xì)胞) 活性氧：超氧化物，過氧化氫和羥自由基（OH） 8-氧鳥嘌呤，2-氧腺嘌呤，5-甲酰尿嘧啶 2. 烷基化損傷 影響DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄時(shí)的解旋 多數(shù)是間接誘變 3. 加成損傷 嘧啶二聚體 苯并芘（肝臟細(xì)胞色素P-450） 雙環(huán)氧物-G 芳基化試劑 黃曲霉毒素B1（肝致癌劑） DNA損傷（DNA damage）131. 復(fù)制修復(fù) 尿嘧啶糖基酶系統(tǒng)（uracil-N-glycosylase） 錯配修復(fù)（mismatch repair） 2. 損傷修復(fù) 光復(fù)活（photoreactivation） 暗修復(fù) 切除修復(fù)（excision repair） 重組修復(fù)（recombinational

8、repair） SOS修復(fù)（SOS response） 烷基轉(zhuǎn)移酶修復(fù)（alkyltransferase） DNA修復(fù)（DNA repair）14尿嘧啶糖基酶系統(tǒng)（uracil-N-glycosylase） 尿嘧啶-N-糖基酶，AP內(nèi)切核酸酶， Pol I，DNA連接酶 AGTGACTTAGTCACTGAATCAGTGACTTAGTCAUTGAATCAGTGACTTAGTCA TGAATCAGTGACTTAGTCA TGAATCAGTGACTTAGTCACTGAATCuracil-N-glycosylaseAP內(nèi)切核酸酶Pol ITGADNA連接酶脫氨基U15錯配修復(fù)（mismatch rep

9、air）GATCCTAGCTAGGATC*TGGATCCTAGCTAGGATC*TGCTAGAGTCGATC*TGGA*CTTGATC*GATC*CTAGTGATC*GATC*CTAG錯配矯正酶 （MutL, MutS +內(nèi)切核酸酶 MutH)nickPol I，DNA連接酶CTAG16光復(fù)活（photoreactivation）可見光（300600nm） 光解酶（PR酶） 兩個生色團(tuán)： N5，N10-次甲基四氫葉酸和FADH（E.coli）對環(huán)丁烷嘧啶二聚體（UV）作用切斷嘧啶二聚體的化學(xué)鍵 Error-freeTTTT17烷基轉(zhuǎn)移酶修復(fù)（alkyltransferase） 去除 O6-甲基

10、鳥嘌呤的甲基 只能用一次 其他烷基化堿基需要切除修復(fù)AGCGTAGAGCATCH3SHAGCGTAGAGCATSCH3+18切除修復(fù)（excision repair） Error-free 原核生物的切除修復(fù): 核苷酸切除修復(fù)（nucleotide excision repair, NER） 去除沒有被光解酶修復(fù)的嘧啶二聚體 堿基切除修復(fù)（base excision repair, BER） 去除修飾堿基 真核生物的NER: GG-NER (global genome NER) TC- NER (transcription-coupled NER) 與GG-NER 相似 除了RNA聚合酶替代X

11、PC 195533535353535353UvrABCPol I (或和）DNA連接酶NER5533B*53AP site53DNA glycosylase53AP內(nèi)切核酸酶5353535533進(jìn)一步酶切Pol BER20著色性干皮?。╔P） 常染色體隱性遺傳，易癌，對陽光敏感 NER缺失（7個基因中的一個缺失）Cockayne 綜合癥 與轉(zhuǎn)錄偶連的切除修復(fù)缺失 對陽光敏感，但不易癌著色性干皮病變異體（XP-V） NER正常 DNA聚合酶 缺失（嘧啶二聚體處加入A）21SOS修復(fù)（SOS response） 抑制pol III的校正活性 容錯DNA復(fù)制 (error-prone DNA rep

12、lication)22SOS修復(fù)的調(diào)控LecA 抑制SOS基因轉(zhuǎn)錄 阻遏蛋白 結(jié)合在操縱子 RecA 激活SOS基因 (DNA合成異常) 重組活性 ssDNA結(jié)合活性, RecA RecA* 蛋白酶活性 (水解LecA) 抑制pol III的校正活性 UvrA、B（切除修復(fù)） UmuC、D（通過復(fù)制）23重組修復(fù)(Recombination-repair)復(fù)制后修復(fù)(Post-replication repair)嘧啶二聚體引起DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)扭曲 DNA 聚合酶停滯在更遠(yuǎn)的距離重新復(fù)制新合成的鏈留下一個缺口通過重組修補(bǔ)缺口24重組修復(fù)aabbaabbaabbaabbDNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)扭曲，

13、 DNA 聚合酶停滯DNA 聚合酶在更遠(yuǎn)的距離重新復(fù)制， 新鏈留下缺口通過重組修補(bǔ)新鏈缺口修補(bǔ)母鏈缺口25同源重組位點(diǎn)特異性重組轉(zhuǎn)座重組（recombination）轉(zhuǎn)座子概念轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)座機(jī)制26轉(zhuǎn)座子： 基因組中可移動的不連續(xù)序列，可在基因組內(nèi)從一個座位轉(zhuǎn)到另一個座位。轉(zhuǎn)座子特征： 1. 不利用獨(dú)立元件(如噬菌體或質(zhì)粒DNA)，而是從基因組的一個位點(diǎn)直接移動到另一個位點(diǎn)。 2. 不依賴序列供體和接體位點(diǎn)間的任何聯(lián)系。 3. 非常嚴(yán)格地自我轉(zhuǎn)座到同一基因組的新位點(diǎn)，有時(shí)增加一些序列，是基因組內(nèi)突變的主要來源。27細(xì)菌轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu) 1. IS （插入序列, insertion sequence

14、s） 兩端反向重復(fù)序列（inverted repeat） 0.751.5kb; 轉(zhuǎn)座酶; 識別位點(diǎn)IRTransposaseIR28ATGCA 12345678TACGT ATGCA TACGT TargetrepeatInverted repeatIS1 9 bp23 bp 768 bpIS2 5 bp41 bp1327 bp IS411-13 bp18 bp1428 bpIS5 4 bp16 bp1195 bpIS10R 9 bp22 bp1329 bpIS50R 9 bp 9 bp1531 bpIS903 9 bp18 bp1057 bp ISATGCATACGT292. Tn （復(fù)合轉(zhuǎn)

15、座子, composite transposons）GenesIS兩端IS組件; 2-10kb; 轉(zhuǎn)座酶 / 抗生素基因IS30TnISLISRTransposon makersTransposon makersTn9IS1camR IS moduls identical both functionalTn903IS903kanRboth IS functionalTn10IS10LtetR IS10Rnonfunctional functionalTn5IS50LkanR IS50Rnonfunctional functional313. TnA （Tn3 type transposons,

16、 TnA family） 兩端無IS 組件; 525kb; 轉(zhuǎn)座酶 / 解離酶 / 抗生素基因兩端IR（3040bp）相似或相同ResTransposaseResolvaseAmpr32tnpA- 轉(zhuǎn)座酶基因，1004aa；突變時(shí)不能轉(zhuǎn)座 與IR內(nèi)的25bp序列結(jié)合, 在靶DNA 上5bp 的交錯切割 tnpR- 解離酶基因，突變時(shí)轉(zhuǎn)座頻率升高 抑制轉(zhuǎn)錄酶, 阻止tnpA 和它自身的轉(zhuǎn)錄 Res區(qū)- 解離部位、與解離酶結(jié)合TnAResTransposaseResolvaseAmprtnpAtnpR轉(zhuǎn)錄33融合/復(fù)制重組解離Cointegrate共整合體TnpATnpRDonor moleculeTarget moleculetransposon1. 必要步驟 形成共整合體、特異性重組轉(zhuǎn)座機(jī)制34轉(zhuǎn)座機(jī)制2. 共整合體的形成和轉(zhuǎn)座子復(fù)制的詳細(xì)過程123交錯切口交換復(fù)合體(鏈轉(zhuǎn)移復(fù)合體)形成自由3-OH端復(fù)制產(chǎn)生共整合體35轉(zhuǎn)座機(jī)制3. 復(fù)制轉(zhuǎn)座：轉(zhuǎn)座子和受體DNA雙鏈形成交錯切口；轉(zhuǎn)座子兩端形成復(fù)制叉，連接并復(fù)制合成缺口單鏈；同源性重組，受體DNA產(chǎn)生同向重復(fù)序列。412336轉(zhuǎn)座機(jī)制4. 非復(fù)制轉(zhuǎn)座 / 簡單轉(zhuǎn)座（cut and paste）：受體DNA雙