第七章外源性化合物致突變詳解

第七章外源性化合物致突變詳解演示文稿當前1頁，總共67頁。優(yōu)選第七章外源性化合物致突變當前2頁，總共67頁。目的及要求遺傳和變異是生物界的普遍生命現(xiàn)象，是保證生物世代間生命延續(xù)的基本內(nèi)容，本章介紹的就是外源化學(xué)物對遺傳變異的影響。要求掌握突變、致突變的相關(guān)概念以及致突變類型，致突變實驗的遺傳學(xué)終點和實驗組合的選擇以及相關(guān)的實驗內(nèi)容。當前3頁，總共67頁。遺傳毒理學(xué)（Genetictoxicology）第一節(jié)概述第二節(jié)化學(xué)毒物致突變的類型第三節(jié)致突變作用機制和后果第四節(jié)機體對致突變作用的影響第五節(jié)觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法當前4頁，總共67頁。第一節(jié)概述當前5頁，總共67頁。達爾文與進化論自然選擇學(xué)說歸納起來有如下5點：遺傳變異繁殖過剩生存斗爭適者生存基因突變是進化的原料，而環(huán)境的選擇是一種動力

當前6頁，總共67頁?；靖拍?/p>

變異（variation）--親代之間或子代個體之間出現(xiàn)不同程度的差異，這種差異稱為變異突變(Mutation)--遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。按突變原因分為自發(fā)突變(spontaneousmutation)和誘發(fā)突變(inducedmutation)，自發(fā)突變與物種的進化有關(guān)；誘發(fā)突變指人為的造成突變。致突變作用（mutagenesis）--外來因素引起細胞核中遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的能力。致突變物又稱誘變劑（mutagen）--能夠引起突變的物質(zhì)為致突變物。當前7頁，總共67頁。研究外源化學(xué)物及其他環(huán)境因素對生物體遺傳機構(gòu)的損害作用及其規(guī)律，是毒理學(xué)的一個分支。其主要目的是檢測那些能引起DNA損傷的環(huán)境因素，研究其遺傳毒作用的特點及對人類的潛在危害。遺傳毒理學(xué)(GeneticToxicology)當前8頁，總共67頁。第二節(jié)化學(xué)毒物致突變的類型當前9頁，總共67頁。遺傳學(xué)相關(guān)基本知識DNA的組成脫氧核糖、磷酸、堿基DNA的功能堿基的排列順序蘊含著遺傳信息；DNA最主要的功能是編碼蛋白質(zhì)。當前10頁，總共67頁。DNA的復(fù)制與翻譯復(fù)制：半保留復(fù)制翻譯：中心法則遺傳學(xué)相關(guān)基本知識當前11頁，總共67頁。當前12頁，總共67頁。堿基置換(base—pairsubstitution)指某一堿基配對性能改變或脫落所致的突變，分為轉(zhuǎn)換(transition)和顛換(transvertion)兩種，如圖：一、基因突變(genemutation)TAGC轉(zhuǎn)換顛換基因突變--轉(zhuǎn)換與顛換示意圖

當前13頁，總共67頁。Base-pairSubstitutions

蛋氨酸賴氨酸苯丙氨酸甘氨酸蛋氨酸賴氨酸苯丙氨酸甘氨酸蛋氨酸賴氨酸苯丙氨酸甘氨酸蛋氨酸賴氨酸賴氨酸苯丙氨酸絲氨酸當前14頁，總共67頁。移碼突變(frameshiftmutation)

指發(fā)生一對或幾對（三對除外）的堿基減少或增加，以致從受損點開始堿基序列完全改變，形成錯誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯成為不正常的氨基酸。frameshiftmutation當前15頁，總共67頁。Frameshiftmutation蛋氨酸賴氨酸苯丙氨酸甘氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸賴氨酸亮氨酸丙氨酸苯丙氨酸甘氨酸當前16頁，總共67頁。后果?同義突變(synonymousmutation)：指沒有改變基因產(chǎn)物氨基酸序列的改變?錯義突變（missensemutation)：指堿基序列的改變引起了產(chǎn)物氨基酸序列的改變Missensemutation當前17頁，總共67頁。?無義突變(nonsensemutation)：指某個堿基的改變使代表某個氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍踪|(zhì)合成的終止密碼子，導(dǎo)致多肽鏈在成熟之前終止合成的改變終止密碼突變

?鏈終止突變：指無義突變使肽鏈過早終止?延長突變：指如果終止密碼子因突變而為氨基酸編碼，結(jié)果產(chǎn)生過長的肽鏈的現(xiàn)象當前18頁，總共67頁。指染色體的結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧珕误w型畸變(chromatid-typeaberration)染色體型畸變(chromosomeaberration)

染色體畸變裂隙(gap)

斷裂(break)斷片(fragment)和缺失(deletion)

微小體(minutebody)無著絲點環(huán)環(huán)狀染色體

雙著絲點染色體

倒位(inversion)

易位(translocation)

插入(insertion)和重復(fù)(duplication)輻射體

二、染色體畸變(chromosomeaberration)當前19頁，總共67頁。（1）缺失—

染色體少了某一片段,通常是致死的

（2）重復(fù)—

染色體上多出了一段

（3）倒位—

染色體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的順序發(fā)生顛倒

（4）易位—

染色體斷裂，斷裂片斷接到其他地方

染色體結(jié)構(gòu)畸變的類型當前20頁，總共67頁。缺失(deletion)當前21頁，總共67頁。ABCFDEGHBCFADEGHBCCBFADEGHBCABCFDEGHBCNormalTandem順接重復(fù)Reverse反接重復(fù)Displaced異位重復(fù)重復(fù)(duplication)當前22頁，總共67頁。ABCFDEGHBCAABCFDEGHBCAAFDEGHBCFADEGHBCOverlapofhomologuesSimultaneousbreakReunionofhomologues當前23頁，總共67頁。ABCFDEGABCFDEGABCFDEGParacentricABCFDEGABCFDEGACBFEDGPericentric倒位(inversion)倒位的類型1)、臂內(nèi)倒位(paracentricinversion)2)、臂間倒位(pericentricinversion)

倒位片段不含著絲粒。倒位片段含著絲粒。當前24頁，總共67頁。易位(translocation)易位的類型1)、相互易位(reciprocaltranslocation)

非同源染色體之間相互置換了一段染色體片段。2)、簡單易位(interstitialtranslocation)

一條染色體片斷插入到非同源染色體區(qū)段之中。3)、羅伯遜式易位(Robertsoniantranslocation)

也稱著絲粒融合或整臂融合。由兩個非同源的端著絲粒染色體的長臂相互重接成一條長的中央著絲粒染色體；短臂相互連接成交互的產(chǎn)物，常在細胞分裂中丟失。當前25頁，總共67頁。ABCFDEMNQOPAFDEMNQOPBCInterstitialtranslocation間質(zhì)異位ABCFDEMNQOPABCQOPMNFDEReciprocaltranslocation相互異位當前26頁，總共67頁。＋＋Robertsoniantranslocation當前27頁，總共67頁。三、非整倍體和多倍體

非整倍體(aneuploid)指細胞丟失或增加一條或幾條染色體。缺失一條染色體時稱為單體(monosome)增加一條染色體時稱為三體(trisome)染色體數(shù)目的改變會導(dǎo)致基因平衡的失調(diào)，可能影響細胞的生存或造成形態(tài)及功能上的異常。如21三體導(dǎo)致先天愚型(Down氏綜合征)。當前28頁，總共67頁。整倍體(euploid)

指染色體數(shù)目的異常是以染色體組為單位的增減，如形成三倍體(triploid)、四倍體(tetraploid)等。在人體，3n為69條染色體，4n為92條染色體。在腫瘤細胞及人類自然流產(chǎn)的胎兒細胞中可有三倍體細胞的存在。發(fā)生于生殖細胞的整倍體改變，幾乎都是致死性的。當前29頁，總共67頁。誘發(fā)突變

基因突變

染色體畸變

堿基置換

（錯配）移碼突變（缺失、插入）大段損傷結(jié)構(gòu)異常

缺失(deletion)重復(fù)(duplication)倒位(inversion)易位(translocation)臂間倒位臂內(nèi)倒位數(shù)目異常

非整倍體（aneuploidy）

多倍體(polyploid)轉(zhuǎn)換(transition)顛換(transversion)當前30頁，總共67頁。第三節(jié)致突變作用機制和后果

當前31頁，總共67頁。一、引起突變的DNA變化（一）堿基損傷1.堿基錯配?烷化劑(alkylatingagent):是指對DNA和蛋白質(zhì)具有強烈烷化作用的物質(zhì)一般情況下甲基化＞乙基化＞高碳烷基化

目前認為最常受到烷化的是?鳥嘌呤的N－7位，其次是O－6位?腺嘌呤的N－1、N－3和N－7也易烷化?AP位點（apurinicorapyrimidinicsite)：是指丟失堿基的DNA留下了一個無嘌呤或無嘧啶的位點當前32頁，總共67頁。2.平面大分子嵌入DNA鏈嵌入劑（intercalatingagent)：指能以靜電吸附形式嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰多核苷酸鏈之間的物質(zhì)如丫啶類染料分子多數(shù)是多環(huán)的平面結(jié)構(gòu)，特別是三環(huán)結(jié)構(gòu)，其長度為6.8×102nm，恰好是DNA單鏈相鄰堿基距離的兩倍通常引起移碼突變當前33頁，總共67頁。3.堿基類似物取代?有些化學(xué)物的結(jié)構(gòu)與堿基非常相似，稱堿基類似物?它們能在S期中可與天然堿基競爭，并取代其位置例如5－溴脫氧尿嘧啶能取代胸腺嘧啶核苷；

2－氨基嘌呤(2-AP）能取代鳥嘌呤

bromodeoxyuridineThymine當前34頁，總共67頁。4.堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變或破壞?化學(xué)物可對堿基產(chǎn)生氧化作用，從而破壞或改變堿基的結(jié)構(gòu)，基于引起鏈斷裂?有些化學(xué)物質(zhì)可在體內(nèi)形成有機過氧化物或自由基，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡堿等，可間接使嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)破壞，容易出現(xiàn)DNA鏈斷裂當前35頁，總共67頁。（二）DNA鏈受損1.二聚體的形成：紫外線環(huán)丁烷嘧啶和4-6光產(chǎn)物阻止DNA復(fù)制引起細胞死亡Thyminedimersproducedbyultravioletirradiation

當前36頁，總共67頁。2.DNA加合物形成（DNAadducts）?活性化學(xué)物質(zhì)與細胞大分子之間通過共價鍵形成的穩(wěn)定復(fù)合物。如生物毒素、多環(huán)芳烴和芳香胺類致癌物可使DNA形成大加合物，使DNA的立體構(gòu)象發(fā)生明顯變化，阻斷受損部位的半保留復(fù)制和轉(zhuǎn)錄當前37頁，總共67頁。3.DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)（DNA-proteincrosslinks，DPC）當前38頁，總共67頁。四、突變的后果

?突變的后果取決于化學(xué)毒物所作用的靶細胞

?體細胞：其影響僅能在直接接觸該物質(zhì)的個體身體上表現(xiàn)出來，不可能遺傳到下一代?生殖細胞：其影響有可能遺傳到下一代二、引起突變的細胞分裂過程改變（自學(xué)）三、其他改變（自學(xué)）

當前39頁，總共67頁。突變的不良后果當前40頁，總共67頁。1.生殖細胞突變的后果（1）致死性突變：

?顯性致死：突變配子與正常配子結(jié)合后，在著床前或著床后的早期胚胎死亡.?隱性致死：需要純合子或半合子才能出現(xiàn)死亡效應(yīng)現(xiàn).當前41頁，總共67頁。（2）非致死性突變（可遺傳的改變）

?先天畸形等遺傳性疾病?遺傳易感性改變?生物個體生殖細胞發(fā)生突變或染色體畸變后，有些可能會在世代傳遞、選擇過程中在人群中固定下來，增加人類的遺傳負荷

遺傳負荷（geneticload)：指人群中每個個體所攜帶有害基因或致死基因的平均水平當前42頁，總共67頁。2.體細胞突變的后果（1）癌變：體細胞突變是細胞癌變的重要基礎(chǔ)，在許多腫瘤中，都可觀察到癌基因的活化和抑癌基因的失活，并存在缺失、易位、倒位等染色體畸變（2）致畸胎：致突變物可透過胎盤作用于胚胎體細胞引起畸胎，所以致畸作用不完全是親代生殖細胞突變的后果（3）其他不良后果：動脈粥樣硬化、衰老當前43頁，總共67頁。第四節(jié)機體對致突變作用的影響當前44頁，總共67頁。機體修復(fù)DNA損傷的機制可分為兩大類：損傷耐受機制：指DNA遺傳可繞過那些阻止DNA復(fù)制的DNA損傷。當前45頁，總共67頁。DNA修復(fù)直接修復(fù)切除修復(fù)O6甲基鳥嘌呤修復(fù)光修復(fù)錯配堿基修復(fù)堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)復(fù)制后修復(fù)呼救性修復(fù)DNA損傷的修復(fù)機制（一）、DNA損傷的修復(fù)

當前46頁，總共67頁。X射線損傷修復(fù)交叉互補基因（XRCC1）是一種重要的DNA修復(fù)蛋白在內(nèi)外氧劑及烷化劑導(dǎo)致的DNA單鏈斷裂和堿損傷修復(fù)中起重要作用，XRCC1能通過自身的不同部位與多種堿基切除修復(fù)相關(guān)蛋白結(jié)合，發(fā)生相互作用促進對DNA損傷修復(fù)，對維持基因組的穩(wěn)定起關(guān)鍵作用，并參與順鉑（DDP）或卡鉑（CBP）引起的損傷修復(fù)過程。當前47頁，總共67頁。DNA修復(fù)能力是與腫瘤易感性和腫瘤化療敏感性密切相關(guān)的雙刃劍：DNA修復(fù)能力強，腫瘤易感性低，然而在腫瘤治療過程中，修復(fù)能力的增加卻阻礙了化療藥物的發(fā)揮。多年來，國內(nèi)外學(xué)者對XRCC1的多態(tài)性做了相關(guān)的研究，主要集中在Argl94Trp和Arg399Gln位點，發(fā)現(xiàn)由于XRCC1存在多態(tài)性,不同個體的活性不一樣,從而導(dǎo)致對鉑類藥物化療敏感性的不同。當前48頁，總共67頁。DNA損傷修復(fù)的一般特點1.DNA損傷不僅可因外源性因素所致，也可因內(nèi)源性因素所致2.不同類型DNA損傷通過不同的DNA修復(fù)途徑修復(fù)3.不同類型DNA損傷修復(fù)速度是不同的4.DNA損傷修復(fù)機制有些是基本的，有些是可誘導(dǎo)的5.DNA損傷修復(fù)功能存在物種和個體差異

突變模式：DNA損傷----修復(fù)----突變?任何DNA損傷，只要修復(fù)無誤，突變就不會發(fā)生，如果修復(fù)錯誤或未經(jīng)修復(fù)，損傷就固定下來，于是發(fā)生突變當前49頁，總共67頁。（二）、遺傳因素對致突變作用的影響

(一)代謝酶遺傳多態(tài)性

(二)修復(fù)功能的個體差異

當前50頁，總共67頁。第五節(jié)觀察化學(xué)毒物致突變

作用的基本方法當前51頁，總共67頁。一、觀察項目的選擇1、觀察的效應(yīng)終點類型基因突變和染色體畸變的檢測可直接反映化學(xué)毒物的致突變性，是評價化學(xué)毒物致突變性唯一可靠的方法。還有許多試驗所觀察到的現(xiàn)象并不反映基因突變、染色體畸變和染色體分離異常，而僅反映致突變過程中發(fā)生的其他事件。

將試驗觀察到的現(xiàn)象所反映的各種事件統(tǒng)稱為遺傳學(xué)終點(geneticendpoint)。

當前52頁，總共67頁。遺傳學(xué)終點分為5類①DNA完整性的改變(形成加合物，斷裂，交聯(lián))；②DNA重排或交換；③DNA堿基序列改變；④染色體完整性改變；⑤染色體分離改變。其中③實際上指基因突變，④指染色體畸變。

當前53頁，總共67頁。2．成套的觀察項目遺傳毒理學(xué)評價程序通常為一組體內(nèi)、外遺傳毒理學(xué)試驗。因為：①化學(xué)毒物的種類和結(jié)構(gòu)多種多樣，其致突變的機制不盡相同，作用的靶細胞也不一樣;②致突變物中僅少數(shù)具有直接致突變作用，大多數(shù)為間接致突變作用，即需要在體內(nèi)代謝活化后，才具有致突變作用;③化學(xué)毒物的致突變性有強，也有弱。當前54頁，總共67頁。遺傳毒理學(xué)成套觀察項目中試驗入選原則：①選擇的遺傳毒性試驗應(yīng)包括5種類型的遺傳學(xué)終點。②通常的實驗材料有病毒、細菌、真菌、培養(yǎng)的哺乳細胞、植物、昆蟲及哺乳動物等。③體內(nèi)試驗與體外試驗配合。④應(yīng)包括生殖細胞和體細胞。當前55頁，總共67頁。二、常用的致突變試驗

(一)細菌回復(fù)突變試驗(Ames試驗)

左圖：發(fā)明amestest的美國加州大學(xué)教授艾姆斯（B.N.Ames），依然建在。當前56頁，總共67頁。原理鼠傷寒沙門氏菌野生型（原養(yǎng)型）人工方法正向誘變鼠傷寒沙門氏菌組氨酸缺陷型（異養(yǎng)型）誘變物作用回復(fù)突變

Ames是檢測遺傳毒理學(xué)的體外試驗，檢測終點是基因突變當前57頁，總共67頁。當前58頁，總共67頁。TA1537TA1538TA1535R因子R因子R因子TA97TA98TA100TA102移碼突變堿基置換突變移碼突變、堿基置換突變實驗菌株當前59頁，總共67頁。Petridishescontainingsodiumazide–inducedrevertantsoftesterstrainTA1535.Thetopleftdish(nochemicaladded)showsspontaneousrevertantcolonies.T