毒理突變張老師

毒理突變張老師第一頁，共五十八頁，2022年，8月28日遺傳與變異的普遍性突變：變異的原因之一，起源于基因或染色體。分自發(fā)突變spontaneousmutation

和誘發(fā)突變inducedmutation第一節(jié)、概述2第二頁，共五十八頁，2022年，8月28日突變：自發(fā)突變和誘發(fā)突變

(inducedmutation)20世紀(jì)60年代，產(chǎn)生了遺傳毒理學(xué)（genetictoxicology）：研究化學(xué)物質(zhì)和放射性物質(zhì)的致突變作用以及人類接觸致突變物可能引起的健康效應(yīng)，即是誘發(fā)突變帶來的危害。第一節(jié)、概述3第三頁，共五十八頁，2022年，8月28日致突變作用（mutagenesis）：外來因素引起細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)發(fā)生的可隨細(xì)胞分裂而傳遞的改變，這種突變的發(fā)生及過程稱為致突變作用。突變的概念4第四頁，共五十八頁，2022年，8月28日遺傳毒性（genetictoxicity）：外界因素對基因組的損害能力，包括對基因組的毒作用引起的致突變性及其他各種不同的效應(yīng)。致突變性（mutagenicity）指引起遺傳物質(zhì)發(fā)生突變的能力。在一個試驗群體中，突變率可以定量檢測。突變的概念5第五頁，共五十八頁，2022年，8月28日致突變物（mutagen）誘變劑（mutagen）遺傳毒物（genotoxicagent）能夠引起突變的物質(zhì)。突變的概念6第六頁，共五十八頁，2022年，8月28日一、基因突變二、染色體畸變?nèi)⒎钦扼w和多倍體第一節(jié)突變的類型7第七頁，共五十八頁，2022年，8月28日1.借助光學(xué)顯微鏡可以觀察到的為染色體畸變（結(jié)構(gòu)和數(shù)目）。2.借助光學(xué)顯微鏡不能觀察到的稱基因突變。光學(xué)顯微鏡分辨率0.2μm,4.7ⅹ106核苷對，由此可分為分子水平和細(xì)胞水平?；蛲蛔円喾Q點突變，通過表型或分子生物學(xué)手段觀察。突變可分為：8第八頁，共五十八頁，2022年，8月28日某一堿基性能改變或脫落所致的突變。如錯誤配對正常A-T、G-C

轉(zhuǎn)換transition：嘌呤換嘌呤,嘧啶換嘧啶。顛換transversion:嘌呤換嘧啶,嘧啶換嘌呤。一、基因突變1.堿基置換(basesubstitution)9第九頁，共五十八頁，2022年，8月28日發(fā)生一對或幾對（3對除外）的堿基減少或增加，從受損點開始讀碼框完全改變，形成錯誤密碼，轉(zhuǎn)譯為不正常的氨基酸。后果：一、基因突變2.移碼突變（frameshiftmutation）：10第十頁，共五十八頁，2022年，8月28日染色體畸變（chromosomeaberration）染色體的結(jié)構(gòu)改變，需要在M期進行觀察。

染色單體型畸變(chromatid-typeaberration)染色體型畸變(chromosome-typeaberration)二、染色體畸變11第十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日染色體結(jié)構(gòu)的異常通常是染色體或染色單體斷裂所致。（break）

1.缺失（deletion）：染色體上丟失了一個片段。

2.重復(fù)（duplication）：在一套染色體里，一個片段出現(xiàn)不止一次。二、染色體畸變12第十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日3.倒位（inversion）：某一染色體兩次斷裂后，其中間段倒轉(zhuǎn)180度重接。

臂間倒位pericentricinversion

顛倒的片斷包括著絲點。臂內(nèi)倒位paracentricinversion

顛倒的片斷不包括著絲點。二、染色體畸變13第十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日4.易位（translocation）：從一對染色體斷下的節(jié)段接到另一對染色體上稱為易位。相互易位：reciprocaltranslocation

兩個非同源染色體片斷的交換。非相互易位:non-reciprocaltranslocation

其中一個非同源染色體出現(xiàn)缺失。二、染色體畸變14第十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日

1.非整倍體（aneuploidy）：比二倍體多或少一條或多條染色體。（1）

缺體：少一對同源染色體。（2）

單體：少一條同源染色體。（3）

三體：多一條同源染色體。（4）

四體：多一對同源染色體。三、染色體數(shù)目異常15第十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日三、染色體數(shù)目異常2.多倍體(polyploidy):染色體數(shù)目成倍增加。大于二倍體的整倍體畸變，稱為多倍體。三倍體四倍體16第十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日直接以DNA為靶的誘變：引起突變的DNA變化不以DNA為靶的誘變（紡錘絲抑制、對酶促過程的作用）：引起突變的細(xì)胞分裂過程的改變其他改變以DNA合成、復(fù)制和修復(fù)相關(guān)的酶為靶第三節(jié)

化學(xué)毒物致突變作用機制及后果17第十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日（1）.

堿基錯配烷化劑(alkylatingagent)：對DNA和蛋白質(zhì)都有強烈烷化作用的物質(zhì)。如烷基硫酸酯、N-亞硝基化合物，可提供烷基與DNA共價結(jié)合，產(chǎn)生烷化作用。1.堿基損傷一、引起突變的DNA變化18第十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日（1）.

堿基錯配鳥嘌呤的N7烷化有正常配對特性，其O6烷化易引起G：C—A：T轉(zhuǎn)換。此外，烷化還可改變DNA二級結(jié)構(gòu)，刺激堿基喪失，形成AP位點，多引起顛換。1.堿基損傷19第十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日（2）.平面大分子嵌入DNA鏈大分子以靜電形式通過吸附作用而嵌入DNA單鏈的堿基之間或雙鏈的核苷酸之間。由于其長度恰好是DNA單鏈相鄰堿基距離的2倍，無論對新合成的互補鏈上嵌入或是對模板鏈上兩堿基間的嵌入，都會造成少一個或多一個堿基的情況，從而造成移碼突變。（9-aminoacridine9-氨基吖啶）1.堿基損傷20第二十頁，共五十八頁，2022年，8月28日（3）.堿基類似物取代如5-溴脫氧尿嘧啶核苷與胸腺嘧啶結(jié)構(gòu)相似，取代胸腺嘧啶T與腺嘌呤A配對。其異構(gòu)體還可以與鳥嘌呤G配對。1.堿基損傷21第二十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日（4）.堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)改變或破壞堿基被氧化，改變核苷酸化學(xué)組成（亞硝酸鹽的氧化性脫氨）

DNA鏈斷裂.

自由基的作用

(甲醛在體內(nèi)形成活性氧ROS或自由基)1.堿基損傷22第二十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日1.非整倍體形成原因：同源染色體不能適當(dāng)分離2.多倍體形成原因：（1）染色單體不分離；（2）配子為二倍體；（3）一卵多精。二、引起突變的細(xì)胞分裂過程的改變

23第二十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日機制：多與紡錘體有關(guān)（1）與微管蛋白二聚體（構(gòu)成紡錘體的基本成分）結(jié)合，如秋水仙素（2）與微管上的巰基結(jié)合，致癌物常與之特異性結(jié)合，抑制分裂（3）微管破壞（4）

中心粒移動受阻二、引起突變的細(xì)胞分裂過程的改變

24第二十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日與DNA合成、復(fù)制、修復(fù)有關(guān)的酶系統(tǒng)受到損傷，與基因組穩(wěn)定性和基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)的酶和蛋白質(zhì)的破壞,均可影響DNA高保真復(fù)制、基因表達(dá)調(diào)控、機體的自身修復(fù)等?？烧T發(fā)基因突變或染色體畸變。三、其他改變

25第二十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日1．致死性突變：(1)顯性:不能受精,著床前或著床早期死亡;(2)隱性:純合或半合子死亡。2．非致死性突變：(1)顯性:遺傳發(fā)病率增加，新病種出現(xiàn)；(2)隱性:遺傳負(fù)荷增加。（一）、生殖細(xì)胞突變四、突變的后果

26第二十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日基因庫：某一物種在特定時期中能將遺傳信息傳至下一代的處于生育年齡的群體所含有的基因總和。遺傳負(fù)荷：指一種物種的群體中每一個體攜帶的可遺傳給下一代的有害基因的平均水平。（一）、生殖細(xì)胞突變四、突變的后果

27第二十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日1.致癌2.致畸（胚胎體cell突變）3.動脈粥樣硬化4.衰老（二）體細(xì)胞突變四、突變的后果

28第二十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日人體細(xì)胞數(shù)1014個，每個細(xì)胞內(nèi)DNA每日出現(xiàn)的損傷數(shù)可達(dá)4000之多。損傷后可出現(xiàn)下列情況:(1).嚴(yán)重時導(dǎo)致celldeath;(2).損傷被修復(fù);(3).引起突變.第四節(jié)機體對致突變作用的影響29第二十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日直接修復(fù)切除修復(fù)

一、DNA損傷修復(fù)錯配修復(fù)

雙鏈斷裂修復(fù)

交聯(lián)修復(fù)

30第三十頁，共五十八頁，2022年，8月28日針對：UV損傷所產(chǎn)生的胸腺嘧啶二聚體依賴：光裂合酶（photolyase）機制：紫外線或短波可見光的能量對嘧啶二聚體進行單體化，達(dá)到修復(fù)目的，光復(fù)活可一步完成，人類光裂合酶主要存在于淋巴細(xì)胞和成纖維細(xì)胞之中。（一）光復(fù)活（photoreactivation）31第三十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日依賴一種特殊專一作用的蛋白——烷基轉(zhuǎn)移酶的作用，將結(jié)合在嘌呤上的烷基轉(zhuǎn)移下來，使嘌呤恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。如O6甲基鳥嘌呤DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（MGMT）。在烷化劑對嘌呤烷化作用的同時，可誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生這種蛋白。如烷化劑MNNG(N39-甲基-N’-硝基-N-亞硝基呱)，即有此種作用?！獙儆趶?fù)制前修復(fù)（二）、“適應(yīng)性”反應(yīng)32第三十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日核苷酸切除修復(fù)

(

Nucleotideexcisionrepair,NER)泛基因組核苷酸切除修復(fù)

(globalgenomeNER,GG-NER)識別損傷在解螺旋酶（helicase）作用下，打開受損DNA雙鏈，內(nèi)切酶除去受損的寡核苷酸鏈；在修復(fù)聚合酶作用下，以對應(yīng)的DNA鏈為模板，合成新鏈；再由DNA連接酶封閉,恢復(fù)原有的DNA序列。(三）、切除修復(fù)（excisionrepair）33第三十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日堿基切除修復(fù)（Baseexcisionrepair,BER）

DNA糖苷酶（DNAglycosylase）識別異常堿基，切斷堿基與脫氧核糖連接的鍵，使受損堿基脫落，產(chǎn)生一個無嘌呤或無嘧啶位點（AP），AP內(nèi)切酶切斷DNA鏈，聚合酶及連接酶完成修復(fù)過程較核苷酸切除修復(fù)特異性強。(三）、切除修復(fù)（excisionrepair）34第三十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)（transcription-coupledrepair,TCR-NER）哺乳動物細(xì)胞內(nèi)存在一種與基因轉(zhuǎn)錄活性狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的核苷酸切除修復(fù)，TCR-NER活性轉(zhuǎn)錄鏈/基因的核苷酸切除效率優(yōu)于非轉(zhuǎn)錄鏈/基因的修復(fù)。(三）、切除修復(fù)（excisionrepair）35第三十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日識別并除去錯配的堿基對。如G:T，A:C。錯配堿基的識別修復(fù)蛋白的募集切除含錯配堿基的DNA鏈修補合成(四）、錯配修復(fù)（mismatchrepair）36第三十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日復(fù)制后修復(fù)（postreplicationrepair，PRR）

達(dá)不到完全恢復(fù)，只能通過填補損傷部位，使復(fù)制繼續(xù)進行，但損傷部位仍然存在，是一種耐受過程，以保證細(xì)胞生存。（五）、雙鏈斷鏈修復(fù)

37第三十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日跨越損傷修復(fù)機制：DNA聚合酶轉(zhuǎn)換機制模板轉(zhuǎn)換機制——同源重組DNA雙鏈斷裂修復(fù)同源重組修復(fù)(homologousrecombinaion,HR)非同源末端連接(non-homologousend-joining,NHEJ)（五）、復(fù)制后修復(fù)38第三十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日無誤交聯(lián)修復(fù)：

易誤交聯(lián)修復(fù)（六）、交聯(lián)修復(fù)交聯(lián)修復(fù)：在糖基酶的催化下解開交聯(lián)的一條臂，降解雙螺旋，使鏈內(nèi)交聯(lián)轉(zhuǎn)變?yōu)殒渻?nèi)二核苷酸加合物，再切除修復(fù)。39第三十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日呼救性修復(fù)

（SOSrepair）為緊急修復(fù)是指DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式.修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生存率但留下的錯誤較多，故又稱為易錯修復(fù)(error-pronerepair),使細(xì)胞有較高的突變率。（七）、呼救性修復(fù)40第四十頁，共五十八頁，2022年，8月28日用國際通用呼救密碼（saveoursoul）來表示，稱為SOS修復(fù)系統(tǒng)。特點：誘導(dǎo)修復(fù)明顯誤差,高頻突變多基因參與:recA,lexA,recB,recC（七）、呼救性修復(fù)41第四十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日以上所述為DNA損傷后的修復(fù)，只要修復(fù)無誤，則突變就不會發(fā)生若修復(fù)錯誤或未經(jīng)修復(fù)，則損傷就固定下來，并可通過細(xì)胞分裂傳遞，于是發(fā)生了突變因此誘發(fā)突變是一個可修復(fù)控制的過程，失控才真正發(fā)生mutation。summary

DNA損傷的修復(fù)42第四十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日（一）代謝酶遺傳多態(tài)性

遺傳多態(tài)性是一個衡量遺傳變異的數(shù)據(jù)，即群體中多態(tài)基因的比例。標(biāo)準(zhǔn)：最常見等位基因頻率不超過0.99。意義：不同個體對致突變作用的敏感性不同。二、遺傳因素對致突變作用的影響43第四十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日（一）代謝酶遺傳多態(tài)性

1．氧化代謝酶P-450AHH（芳烴羥化酶）能催化PAHs活化，可分高誘導(dǎo)表型和低誘導(dǎo)表型2．酯酶：活性有個體差異eg環(huán)氧水化酶（EH）雙重作用：（1）活化酶、B（a）P代謝（2）解毒酶

3．GST具有多態(tài)性，為體內(nèi)重要解毒酶系之一。二、遺傳因素對致突變作用的影響44第四十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日1．MGMT（O6-甲基鳥嘌呤-DNA-甲基轉(zhuǎn)移酶）

特異性修復(fù)酶，去烷基，有明顯的組織差異和個體差異

2．聚二磷酸腺苷－核糖多聚酶（PARP）

另類DNA斷裂修復(fù)酶，可抑制或促進腫瘤發(fā)生。二、遺傳因素對致突變作用的影響（二）修復(fù)功能個體差異

45第四十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日第五節(jié)

觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法1．觀察的效應(yīng)終點類型

遺傳學(xué)終點（geneticendpoint）：試驗觀察到的現(xiàn)象所反映的各種事件。一、觀察項目的選擇46第四十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日國際環(huán)境致突變物致癌物防護委員會（ICPEMC）1983年將遺傳學(xué)終點分為五類：現(xiàn)將遺傳學(xué)終點歸納為4類：（1）基因突變（2）染色體畸變（3）染色體組畸變（4）DNA原始損傷一、觀察項目的選擇47第四十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日2．成套的觀察項目

要求用一組試驗配套。

原因：

1個誘變試驗只能反映一個或兩個終點體外試驗又在生物轉(zhuǎn)化方面與體內(nèi)試驗有差距體細(xì)胞和生殖細(xì)胞突變后果也不同

中心原則：遺傳學(xué)終點要齊全。

要求：體內(nèi)體外兼顧，體細(xì)胞生殖細(xì)胞兼顧，原核細(xì)胞真核細(xì)胞兼顧，各種終點兼顧。一、觀察項目的選擇48第四十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日使用菌株：鼠傷寒沙門氏菌（Amestest）

正向突變野生型→←突變型(組aa缺陷型，組aa操縱子

回復(fù)突變突變，須依賴外源性組aa生長)遺傳終點：（1）堿基置換（2）移碼（3）堿基置換+移碼（4）交聯(lián)？二、常用致突變試驗（一）細(xì)菌回復(fù)突變試驗

49第四十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日(二)微核試驗micronucleusMN微核來源：染色體的無著絲點斷片，整條染色體（紡錘絲損傷時）遺傳終點：（1）染色體畸變(完整性改變)

（2）染色體組畸變(分離改變)二、常用致突變試驗50第五十頁，共五十八頁，2022年，8月28日(三)染色體畸變分析遺傳終點：（1）染色體畸變（2）染色體組畸變結(jié)構(gòu)畸變：裂隙、斷裂、斷片、無著絲粒環(huán)、缺失等

數(shù)目畸變：單倍體、缺體、三倍體、四倍體二、常用致突變試驗51第五十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日（四）SCE（sister-chromatidexchange）原理：5-Brdu能與T競爭而與A結(jié)合，經(jīng)兩個分裂周期后染色處理，光鏡下觀察交換的染色單體數(shù)，計數(shù)SCE數(shù)。檢測終點：染色體畸變

二、常用致突變試驗52第五十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日原理：雄蠅X染色體有突變，可傳給F1代雌蠅——