DNA損傷和損傷修復(fù)培訓(xùn)課件

1、第一節(jié) DNA損傷第二節(jié) DNA損傷修復(fù)第三節(jié) DNA損傷及其修復(fù)的意義第一節(jié) DNA損傷第二節(jié) DNA損傷修復(fù)第三節(jié) DNA重點(diǎn)難點(diǎn)熟悉了解掌握直接修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)和跨越損傷修復(fù)等DNA損傷修復(fù)途徑。不僅DNA損傷，DNA損傷修復(fù)障礙同樣與腫瘤、衰老以及免疫性疾病等多種疾病的發(fā)生密切關(guān)聯(lián)1）DNA損傷的類(lèi)型；2）究竟有哪些因素可引發(fā)DNA損傷；3）體外因素是通過(guò)體內(nèi)因素引發(fā)DNA損傷的。重點(diǎn)難點(diǎn)熟悉了解掌握直接修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)和跨越損傷修D(zhuǎn)NA損傷第一節(jié)DNA損傷第一節(jié)一. 多種因素通過(guò)不同機(jī)制導(dǎo)致DNA損傷二. DNA損傷有多種類(lèi)型一. 多種因素通過(guò)不同機(jī)制導(dǎo)致DNA損傷二

2、. DNA損傷有多一. 多種因素通過(guò)不同機(jī)制導(dǎo)致DNA損傷一. 多種因素通過(guò)不同機(jī)制導(dǎo)致DNA損傷DNA損傷的定義各種體內(nèi)外因素所導(dǎo)致的DNA組成與結(jié)構(gòu)的變化稱(chēng)為DNA損傷（DNA damage）DNA損傷的定義DNA損傷誘發(fā)因素體內(nèi)因素體外因素DNA短重復(fù)序列（復(fù)制打滑）DNA本身的熱不穩(wěn)定性環(huán)境輻射化學(xué)毒物藥物病毒感染其他生物代謝物堿基異構(gòu)互變4種dNTP濃度不平衡機(jī)體自身代謝物DNA損傷誘發(fā)因素體內(nèi)因素體外因素DNA短重復(fù)序列（復(fù)制打滑物理和化學(xué)因素引發(fā)DNA的損傷X物理和化學(xué)因素X低波長(zhǎng)紫外線照射致使胸腺嘧啶二聚體形成低波長(zhǎng)紫外線照射致使胸腺嘧啶二聚體形成二. DNA損傷有多種類(lèi)型二.

3、 DNA損傷有多種類(lèi)型DNA損傷的類(lèi)型堿基損傷DNA斷裂DNA交聯(lián)堿基錯(cuò)配糖基破壞DNA損傷的類(lèi)型堿基損傷DNA斷裂DNA交聯(lián)堿基錯(cuò)配糖基破壞堿基損傷化學(xué)毒性分子通過(guò)對(duì)堿基的某些基團(tuán)進(jìn)行修飾，改變堿基的理化性質(zhì)，破壞堿基的結(jié)構(gòu)。比如， 亞硝酸等可導(dǎo)致堿基脫氨； 在羥自由基的攻擊下，嘧啶堿基易發(fā)生加成、抽氫等反應(yīng)，導(dǎo)致堿基環(huán)破裂； 具有氧化活性的物質(zhì)可造成DNA中嘌呤或嘧啶堿基的氧化修飾，形成8-羥基脫氧鳥(niǎo)苷或6-甲基尿嘧啶等氧化代謝產(chǎn)物。堿基損傷化學(xué)毒性分子通過(guò)對(duì)堿基的某些基團(tuán)進(jìn)行修飾，改變堿基的脫氧鳥(niǎo)苷的氧化脫氧鳥(niǎo)苷的氧化糖基破壞DNA分子中的戊糖基的碳原子和羥基上的氫可能與自由基反應(yīng)，由此

4、戊糖基的正常結(jié)構(gòu)被破壞。糖基破壞DNA分子中的戊糖基的碳原子和羥基上的氫可能與自由基堿基錯(cuò)配堿基類(lèi)似物的摻入、堿基修飾劑的作用可改變堿基的性質(zhì)，導(dǎo)致DNA序列中的錯(cuò)誤配對(duì)。在正常的DNA復(fù)制過(guò)程中，存在著一定比例的自發(fā)的堿基錯(cuò)配發(fā)生，最常見(jiàn)的是組成RNA的尿嘧啶替代胸腺嘧啶摻入到DNA分子中。堿基錯(cuò)配堿基類(lèi)似物的摻入、堿基修飾劑的作用可改變堿基的性質(zhì)，DNA斷裂DNA斷裂包括DNA單鏈斷裂和DNA雙鏈斷裂。DNA鏈斷裂是電離輻射致DNA損傷的主要形式。某些化學(xué)毒劑也可導(dǎo)致DNA鏈斷裂。堿基損傷和戊糖基破壞均是引起DNA斷裂的原因。DNA斷裂DNA斷裂包括DNA單鏈斷裂和DNA雙鏈斷裂。DNA交

5、聯(lián)DNA損傷中有多種DNA交聯(lián)形式。DNA分子中同一條鏈中的兩個(gè)堿基以共價(jià)鍵結(jié)合，稱(chēng)為DNA鏈內(nèi)交聯(lián)（DNA intrastrand cross-linking）。低波長(zhǎng)紫外線照射后形成的嘧啶二聚體就是DNA鏈內(nèi)交聯(lián)的最典型的例子。DNA分子一條鏈上的堿基與另一條鏈上的堿基以共價(jià)鍵結(jié)合，稱(chēng)為鏈間交聯(lián)（DNA interstrand cross-linking）。DNA分子還可與蛋白質(zhì)以共價(jià)鍵結(jié)合，稱(chēng)為DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)（DNA protein cross-linking）。DNA交聯(lián)DNA損傷中有多種DNA交聯(lián)形式。DNA損傷修復(fù)第二節(jié)DNA損傷修復(fù)第二節(jié)一. 直接修復(fù)二. 切除修復(fù)一. 重組

6、修復(fù)二. 跨越損傷修復(fù)一. 直接修復(fù)二. 切除修復(fù)一. 重組修復(fù)二. 跨越損傷修復(fù)400nm光子次甲四氫葉酸FADH2T-TT+T嘧啶二聚體的直接修復(fù)400nm光子嘧啶二聚體的直接修復(fù)甲基化堿基的直接修復(fù)突變的結(jié)果DNA復(fù)制DNA復(fù)制6-O-甲基鳥(niǎo)嘌呤修復(fù)的結(jié)果帶有活性SH基團(tuán)的甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)合在甲基化的堿基部位甲基轉(zhuǎn)移酶將甲基結(jié)合在自身SH上，完成修復(fù)甲基化后失活的甲基轉(zhuǎn)移酶甲基化堿基的直接修復(fù)突變的結(jié)果DNA復(fù)制DNA復(fù)制6-O-甲DNA連接酶5 35 3單鏈斷裂切口的直接修復(fù)DNA連接酶5 二. 切除修復(fù)二. 切除修復(fù)堿基切除修復(fù)DNA糖苷酶特異性識(shí)別并水解受損堿基，產(chǎn)生AP位點(diǎn)堿基切除修

7、復(fù)DNA糖苷酶特異性識(shí)別并水解受損堿基，產(chǎn)生AP位AP位點(diǎn)的形成機(jī)制AP位點(diǎn)的形成核苷酸切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)著色性干皮?。▁eroderma pigmentosum，XP）Autosomal recessive 著色性干皮病相關(guān)基因，XPA、XPC、XPD、XPF和XPG編碼蛋白參與核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)。著色性干皮?。▁eroderma pigmentosum，X基因名稱(chēng)基因定位編碼蛋白大小aa編碼蛋白定位編碼蛋白的主要功能XPA9q22.3273細(xì)胞核可能結(jié)合受損DNA，為修復(fù)復(fù)合體其他因子到達(dá)DNA受損部位指示方向XPB2q21782細(xì)胞核在DNA切除修復(fù)中，發(fā)揮解螺旋酶的功能XPC3p2

8、5940細(xì)胞核可能是受損DNA識(shí)別蛋白XPD19q13.3760細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子TFH的一個(gè)亞單位，與XPB一起，在受損DNA修復(fù)中，發(fā)揮解螺旋酶功能XPE11q12-1311p11-121140427細(xì)胞核主要結(jié)合受損DNA的嘧啶二聚體XPF16p13.12905細(xì)胞核結(jié)構(gòu)專(zhuān)一性DNA修復(fù)核酸內(nèi)切酶，在DNA損傷切除修復(fù)中，在受損DNA的5端切口XPG13q331186細(xì)胞核鎂依賴(lài)的單鏈核酸內(nèi)切酶，在DNA損傷切除修復(fù)中，在受損DNA的3端切口人類(lèi)XP相關(guān)的DNA損傷核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)缺陷基因基因名稱(chēng)基因定位編碼蛋白大小aa編碼蛋白定位編碼蛋白的主要功轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)核苷酸切除修復(fù)不僅能夠修復(fù)整個(gè)

9、基因組中的損傷，而且還能夠修復(fù)那些正在轉(zhuǎn)錄的基因的模板鏈上的損傷，后者又稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)。在轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)中，由RNA聚合酶承擔(dān)起識(shí)別損傷部位的任務(wù)。轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)三. 重組修復(fù)三. 重組修復(fù)XRCCRad51RPANbs555555533333355555555555555555333333333333353533333312345DNA雙聯(lián)斷裂損傷部位DNA末端加工鏈交換DNA合成新合成的DNA鏈連接，交叉分離Rad50MreRad52Rad51B/Rad51C/Rad51DXRCC2/XRCC3同源重組修復(fù)注釋?zhuān)河珊谏c灰色線條組成的DNA雙鏈為斷裂損傷的DNA雙鏈。由深藍(lán)色與淺藍(lán)色線條組成

10、的DNA雙鏈為完好DNA雙鏈，與斷裂損傷的DNA雙鏈序列同源左圖D，兩個(gè)方向的重組合成的DNA中，只有右側(cè)的酶或相關(guān)蛋白被標(biāo)示出來(lái)。左圖E, 紅色線條框所示的四條DNA單鏈的交叉互補(bǔ)中，灰色的DNA單鏈與淺藍(lán)色的DNA單鏈互補(bǔ)，后者是前者合成的模版；黑色的DNA單鏈與深藍(lán)色的DNA單鏈互補(bǔ)，同樣后者是前者合成的模版。FBCDEADNA末端加工XRCCRad51RPANbs55555553非同源末端連接的重組修復(fù)雙鏈斷裂損傷的DNA正常結(jié)構(gòu)的DNA（與損傷的DNA非同源）DNA-PKcsKu非同源末端連接的重組修復(fù)雙鏈斷裂損傷的DNA正常結(jié)構(gòu)的DNA四. 跨越損傷修復(fù)四. 跨越損傷修復(fù)正在復(fù)制的

11、DNA聚合酶遭遇尚未修復(fù)的DNA損傷，細(xì)胞自動(dòng)防故障系統(tǒng)能夠使復(fù)制體繞過(guò)損傷部位繼續(xù)復(fù)制，這一機(jī)制即跨越損傷修復(fù)?？缭綋p傷修復(fù)包括重組跨越損傷修復(fù)和合成跨越損傷修復(fù)。大腸桿菌重組跨越損傷修復(fù)，當(dāng)復(fù)制進(jìn)行到損傷部位時(shí)，DNA聚合酶停止向前移動(dòng)，脫離受損的DNA模版，在受損DNA部位下游重新啟動(dòng)復(fù)制。在新合成的子鏈DNA上的缺口，通過(guò)重組機(jī)制修復(fù)。大腸桿菌合成跨越損傷修復(fù)，其損傷部位DNA的合成是由新的DNA聚合酶或完成。合成跨越損傷修復(fù)種，跨越損傷的新的DNA聚合酶雖然依賴(lài)模板，但不依賴(lài)于堿基互補(bǔ)配對(duì)，故合成差錯(cuò)率較高。跨越損傷修復(fù)是DNA損傷修復(fù)的最后一種手段，其重組酶或DNA聚合酶在應(yīng)答DN

12、A損傷時(shí)被誘導(dǎo)表達(dá)。正在復(fù)制的DNA聚合酶遭遇尚未修復(fù)的DNA損傷，細(xì)胞自動(dòng)防故重組跨越損傷修復(fù)RecA等，重組填補(bǔ)缺口跨越損傷繼續(xù)復(fù)制以未受損鏈為模板復(fù)制受損部位以損傷鏈為模板復(fù)制重組跨越損傷修復(fù)RecA等，重組填補(bǔ)缺口跨越損傷繼續(xù)復(fù)制以未合成跨越損傷修復(fù)Pol 或合成跨越損傷修復(fù)Pol 或SOS修復(fù)中LexA-RecA操縱子的作用機(jī)制 LexA基因RecA基因可誘導(dǎo)基因DNA損傷部位DNA損傷部位DNA大范圍損傷部位SOS修復(fù)中LexA基因RecA基因可誘導(dǎo)基因DNA損傷部位DNA損傷及其修復(fù)的意義第三節(jié)DNA損傷及其修復(fù)的意義第三節(jié)一. DNA損傷具有雙重效應(yīng)二. DNA損傷修復(fù)障礙與多

13、種疾病相關(guān)一. DNA損傷具有雙重效應(yīng)二. DNA損傷修復(fù)障礙與多種疾一、DNA損傷具有雙重效應(yīng)一是給DNA帶來(lái)永久性的改變，即突變，可能改變基因的編碼序列或者基因的調(diào)控序列。二是DNA的這些改變使得DNA不能用作復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板，使細(xì)胞的功能出現(xiàn)障礙，重則死亡。DNA損傷的生物學(xué)后果一、DNA損傷具有雙重效應(yīng)一是給DNA帶來(lái)永久性的改變，即突二、DNA損傷修復(fù)缺陷與多種疾病相關(guān)DNA損傷修復(fù)缺陷與腫瘤的發(fā)生密切關(guān)聯(lián)。DNA損傷修復(fù)缺陷與遺傳性疾病密切關(guān)聯(lián)。DNA損傷修復(fù)缺陷與免疫性疾病密切關(guān)聯(lián)。DNA損傷修復(fù)能力弱與生命衰老密切關(guān)聯(lián)。二、DNA損傷修復(fù)缺陷與多種疾病相關(guān)DNA損傷修復(fù)缺陷與腫

14、瘤DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)缺陷有關(guān)的人類(lèi)疾病 類(lèi)別易患疾病修復(fù)系統(tǒng)缺陷 著色性干皮病皮膚癌、黑色素瘤核苷酸切除修復(fù) 遺傳性非息肉性結(jié)腸癌結(jié)腸癌、卵巢癌錯(cuò)配修復(fù)，轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù) 遺傳性乳腺癌乳腺癌、卵巢癌同源重組修復(fù) Bloom綜合征白血病、淋巴瘤非同源末端連接重組修復(fù) 范科尼貧血再生障礙性貧血、白血病、生長(zhǎng)遲緩重組跨越損傷修復(fù) Cockyne綜合征視網(wǎng)膜萎縮、侏儒、耳聾、早衰、對(duì)UV敏感核苷酸切除修復(fù)，轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù) 毛發(fā)硫營(yíng)養(yǎng)不良癥毛發(fā)易斷、生長(zhǎng)遲緩 核苷酸切除修復(fù)DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)缺陷有關(guān)的人類(lèi)疾病 類(lèi)別易患疾病修生物多樣性依賴(lài)于DNA突變與DNA修復(fù)之間的平衡DNA突變DNA修復(fù)平衡生物多樣性依賴(lài)于DNA突變與DNA修復(fù)之間的平衡DNA突變DDNA損傷是指各種體內(nèi)外因素導(dǎo)致的DNA組成與結(jié)構(gòu)上的變化，主要包括堿基或戊糖基的破壞、堿基錯(cuò)配、DNA單鏈或雙鏈斷裂、DNA鏈共價(jià)交聯(lián)等。DNA復(fù)制中錯(cuò)配、DNA結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性、機(jī)體代謝中的有害活性分子等體內(nèi)因素，可誘發(fā)DNA損傷；物理因素、化學(xué)因素和生物因素等體外因素也均可損傷DNA。DNA損傷具有雙重生物學(xué)效應(yīng)。各種因素誘發(fā)的DNA結(jié)構(gòu)改變是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)；同時(shí)DNA的損傷也可使細(xì)