外源化學(xué)物致突變作用-優(yōu)秀課件

外源化學(xué)物致突變作用外源化學(xué)物致突變作用第一節(jié)概述第二節(jié)外源化學(xué)物致突變的類型第三節(jié)外源化學(xué)物致突變作用的機(jī)制及后果第四節(jié)機(jī)體對(duì)致突變作用的影響第五節(jié)觀察外源化學(xué)物致突變作用的基本方法2023/7/272第一節(jié)概述遺傳與變異突變(mutation)：是指遺傳結(jié)構(gòu)本身的變化及其引起的變異，即：生物體的遺傳物質(zhì)發(fā)生了突然的、根本的、遺傳的變化。因?yàn)檫@種變化起源于基因和染色體，所以，是可遺傳的變異。2023/7/273第一節(jié)概述從發(fā)生原因上，可分為：自發(fā)突變(spontaneousmutation)：是由于普遍存在的未知因素作用下，在自然條件下發(fā)生的突變特點(diǎn)：發(fā)生過程長、頻率很低，與物種進(jìn)化有關(guān)誘發(fā)突變(inducedmutation)：是指人為地造成突變特點(diǎn)：發(fā)生過程短、頻率高，既可被人類利用，也可能對(duì)人類產(chǎn)生危害2023/7/274第一節(jié)概述從遺傳學(xué)角度或突變角度分為：基因突變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧w數(shù)目改變從機(jī)理角度分為：對(duì)DNA為靶的損傷（包括基因突變和染色體畸變）不以DNA為靶的損傷(染色體數(shù)目異常）2023/7/275第一節(jié)概述致突變作用(mutagenesis)：是指外來因素特別是化學(xué)因子引起細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的能力，而且此種改變可隨同細(xì)胞分裂過程而傳遞致突變物(mutagen)：凡能引起生物體遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的化學(xué)物質(zhì)或任何環(huán)境因子，又稱誘變劑。直接致突變物(direct-actingmutagen)：具有很高的化學(xué)活性，其原型就可引起生物體突變的物質(zhì)間接致突變物（indirect-actingmutagen)：本身不能引起突變，必須在體內(nèi)經(jīng)過代謝活化，才具有致突變性的物質(zhì)。2023/7/276第一節(jié)概述遺傳毒物(genotoxicagent)：由于致突變物能損傷遺傳物質(zhì)，因此致突變物又稱為遺傳毒物。致突變性：引起遺傳物質(zhì)發(fā)生突變的能力。遺傳毒性：指對(duì)基因組的損害能力，包括對(duì)基因組的毒作用引起的致突變性及其它各種不同的能力。遺傳毒理學(xué)(genetictoxicology)：研究化學(xué)性和放射性物質(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)的科學(xué)。2023/7/277第二節(jié)外源化學(xué)物致突變的類型從遺傳學(xué)角度或突變角度分為：基因突變DNA為靶的損傷染色體結(jié)構(gòu)改變DNA為靶的損傷染色體數(shù)目改變不以DNA為靶的損傷基因突變、染色體畸變及染色體數(shù)目變化的本質(zhì)是相同的，其區(qū)別在于受損程度。通常以光學(xué)顯微鏡的分辨率0.2um來區(qū)分基因突變和染色體畸變。2023/7/278一、基因突變基因突變(geneticmutation)：是指基因中DNA序列的變化，即基因在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了堿基對(duì)組成和排列序列的改變。突變基因：基因內(nèi)存在突變的基因野生型基因：沒有發(fā)生突變的基因因基因突變限制在一特定的部位，故稱為點(diǎn)突變(pointmutation)?？煞譃閴A基置換和移碼突變兩種類型。2023/7/279一、基因突變—堿基置換堿基置換(basesubstitution)：指某一堿基配對(duì)性能改變或脫落所致的突變。轉(zhuǎn)換(transition)：即嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶的變化顛換(transversion):即嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的變化2023/7/2710一、基因突變—堿基置換DNA鏈堿基脫落配對(duì)性能改變錯(cuò)誤配對(duì)DNA鏈另外堿基對(duì)致突變物DNA復(fù)制DNA再次復(fù)制2023/7/2711一、基因突變—堿基置換AGTC轉(zhuǎn)換顛換2023/7/2712一、基因突變—堿基置換后果轉(zhuǎn)換和顛換的結(jié)果取決于其在蛋白質(zhì)合成過程中的錯(cuò)義密碼和無義密碼的多少。有一個(gè)堿基發(fā)生轉(zhuǎn)換或顛換，只有這一種相應(yīng)的氨基酸發(fā)生改變。同義突變(missensemutation)：指沒有改變基因產(chǎn)物氨基酸序列的改變。2023/7/2713一、基因突變—堿基置換錯(cuò)義突變(synonymousmutation)：指堿基序列的改變引起了產(chǎn)物氨基酸序列的改變?cè)阱e(cuò)義突變中，密碼子發(fā)生了改變，從一種氨基酸變成另一種氨基酸無義突變(nonsensemutation)：指某個(gè)堿基的改變使代表某個(gè)氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍踪|(zhì)合成的終止密碼子(UAA,UAG,UGA)，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2023/7/2714一、基因突變—堿基置換2023/7/2715一、基因突變—移碼突變移碼突變(frameshiftmutation)指發(fā)生一對(duì)或幾對(duì)不等于3的倍數(shù)的堿基減少或增加，以致從受損點(diǎn)開始?jí)A基序列完全改變，形成錯(cuò)誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯為不正常的氨基酸由于堿基序列所形成的一系列三聯(lián)體密碼子相互間并無標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，于是從受損位點(diǎn)開始密碼子的閱讀框架完全改變2023/7/2716一、基因突變—移碼突變結(jié)果是從原始損傷的密碼子開始一直到信息末端的氨基酸序列完全改變使讀碼框架改變其中某一點(diǎn)形成無義密碼，于是產(chǎn)生一個(gè)無功能的肽鏈片段移碼較易成為致死性突變注意如果減少或增加堿基對(duì)剛好是3對(duì)（密碼子是三聯(lián)體），則基因產(chǎn)物的肽鏈中僅減少或增加一個(gè)氨基酸，其后果與堿基置換相似，與移碼突變不一樣，不包括在移碼突變范疇2023/7/2717堿基置換和移碼突變2023/7/27182023/7/2719二、染色體畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)異常（畸變）(structuralchromosomeaberration)：是指由于染色體或染色單體斷裂，造成染色體或染色單體缺失或引起各種重排，從而出現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)異常。斷裂劑：凡能引起染色體斷裂的物質(zhì)斷裂作用：染色體斷裂的發(fā)生或過程2023/7/2720二、染色體畸變?nèi)旧w畸變又可分為染色體畸變(chromosome-typeaberrations)：指染色體中兩條染色單體同一位點(diǎn)受損后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)異常染色單體畸變(chromatid-typeaberrations)：指畸變涉及復(fù)制染色體中兩條染色單體中的一條產(chǎn)生何種畸變,取決于損傷發(fā)生在DNA復(fù)制前,還是復(fù)制后。任何情況下見到的染色單體型畸變都將在下一次細(xì)胞分裂時(shí)衍生為染色體型畸變。2023/7/2721二、染色體畸變?nèi)旧w型畸形的類型(1).裂隙和斷裂：都是指染色體上狹窄的非染色帶過去以帶寬超過染色單體寬度為斷裂，不超過者為裂隙2023/7/2722二、染色體畸變(2).缺失和無著絲粒斷片：一個(gè)染色體發(fā)生一次或多次斷裂而不重接，并且這些已斷裂的節(jié)段遠(yuǎn)遠(yuǎn)分開，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)無著絲粒斷片和一個(gè)缺失了部分染色質(zhì)并帶有著絲粒的異常染色體，后者稱為帶著絲粒斷片(缺失)2023/7/2723二、染色體畸變常將無著絲粒斷片簡稱為斷片，在下一次細(xì)胞分裂時(shí)斷片因無著絲粒，故不能進(jìn)入分裂的核中而滯留在細(xì)胞質(zhì)中，稱為微核

如斷片很小，小于染色單體寬度，則稱為微小體2023/7/2724二、染色體畸變(3).環(huán)狀染色體：染色體兩臂各發(fā)生一次斷裂，其帶有著絲粒的節(jié)段的兩斷端連接形成一個(gè)環(huán)時(shí)，稱為環(huán)狀染色體(4).倒位：當(dāng)某一染色體發(fā)生兩次斷裂后，其中間節(jié)段倒轉(zhuǎn)180再重接，稱為倒位2023/7/2725二、染色體畸變(5).插入和重復(fù)：當(dāng)一個(gè)染色體發(fā)生三處斷裂，帶有兩斷端的斷片插入到另一臂的斷裂處或另一染色體的斷裂處重接起來，稱為插入；若缺失的染色體和插入的染色體是同源染色體，且各有一處斷裂發(fā)生于同一位點(diǎn)，則出現(xiàn)兩段相同節(jié)段，稱為重復(fù)。(6).易位：從某個(gè)染色體斷下的節(jié)段接到另一染色體上稱為易位2023/7/2726二、染色體畸變2023/7/2727二、染色體畸變?nèi)旧w型畸變后果有些畸變是穩(wěn)定的，可通過重復(fù)細(xì)胞分裂傳給子代。如缺失、倒位、重復(fù)及平衡易位等。染色體斷裂可產(chǎn)生無中心粒的片段，雙中心粒染色體，環(huán)狀染色體及各種其它不對(duì)稱重排等，均為不穩(wěn)定的畸變。因此，通常由于他們喪失重要的遺傳物質(zhì)或有絲分裂的機(jī)械障礙導(dǎo)致細(xì)胞死亡。染色體畸變分析(chromosomeaberrationanalysis)2023/7/27282023/7/2729三、染色體數(shù)目異常動(dòng)物正常體細(xì)胞染色體數(shù)目2n為標(biāo)準(zhǔn)，染色體數(shù)目異常可能表現(xiàn)為整倍性畸變和非整倍性畸變整倍性畸變可能出現(xiàn)單倍體、三倍體或四倍體。超過二倍體的整倍性畸變也統(tǒng)稱為多倍體。多倍體(polyploidy)指染色體數(shù)目成倍增加。非整倍體(aneuploidy)（非整倍性畸變）系指比二倍體多或少一條或多條染色體2023/7/2730三、染色體數(shù)目異常

物種體細(xì)胞(2n)物種體細(xì)胞(2n)人46兔44大鼠42豚鼠64小鼠40中國地鼠22人和幾種常用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的染色體數(shù)目2023/7/2731三、染色體數(shù)目異常缺體是指缺少一對(duì)同源染色體：2n-2單體或三體系指某一對(duì)同源染色體相應(yīng)地少或多一個(gè)：2n-1，2n+1四體則指其比同源染色體多一對(duì)：2n+22023/7/2732Down氏綜合癥（21號(hào)染色體三體）

又叫先天愚型Down氏綜合癥群體發(fā)病率1/800。癥狀:多器官組織異常。頭顱小而圓，枕部扁平，臉圓而平，鼻梁扁平，眼距過寬，眼裂小，舌常外伸并有舌裂，掌紋異常，通常有通貫掌；生長遲緩，智力低下，多數(shù)有心臟病，無生育能力或生育能力低下。病因：47,XX/XY;+21；第21號(hào)染色體多一條2023/7/2733第三節(jié)外源化學(xué)物致突變作用的機(jī)制及后果無論化學(xué)或物理、生物因素都有致突變作用。目前染色體畸變和基因突變的分子機(jī)理有兩種：以DNA為靶，直接誘變——DNA變化堿基損傷DNA鏈損傷不以DNA為靶的間接誘變——細(xì)胞分裂過程改變。2023/7/2734一、引起突變的DNA變化——

堿基損傷1.堿基錯(cuò)配烷化劑(alkylatingagent)：是指對(duì)DNA和蛋白質(zhì)具有強(qiáng)烈烷化作用的物質(zhì)烷化作用是烷化劑提供甲基或乙基等烷基與DNA共價(jià)結(jié)合的過程。一般情況下甲基化＞乙基化＞高碳烷基化常見烷化劑有烷基硫酸酯、N-亞硝基化合物、氮芥等環(huán)狀烷化劑和鹵代亞硝基脲等。2023/7/2735堿基損傷——堿基錯(cuò)配目前認(rèn)為最常受到烷化的是腺嘌呤的N－1、N－3和N－7也易烷化鳥嘌呤的N－7位，其次是O－6位胞嘧啶是N-3和O-2位；胸腺嘧啶是N-3、O-2和O-4位。2023/7/2736磷酸骨架磷酸骨架磷酸骨架磷酸骨架核苷糖苷鍵磷酸二酯鍵氫鍵2023/7/2737烷化作用引起的堿基錯(cuò)配2023/7/2738堿基損傷——堿基錯(cuò)配烷化作用的后果：烷化基團(tuán)或整個(gè)烷化劑分子可與堿基發(fā)生共價(jià)結(jié)合，形成DNA加合物。1.堿基錯(cuò)配：鳥嘌呤的O-6位被烷化可引起堿基錯(cuò)配，由原來的G-C轉(zhuǎn)換為A-T，并常誘發(fā)腫瘤。2.堿基缺失：鳥嘌呤的N-7位發(fā)生烷化后可從DNA上脫落，即堿基缺失（缺失位點(diǎn)即AP位點(diǎn)）。可導(dǎo)致移碼突變。AP位點(diǎn)(apurinicorapyrimidinicsite)：是指丟失堿基的DNA留下了一個(gè)無嘌呤或無嘧啶的位點(diǎn)。2023/7/2739堿基損傷——堿基錯(cuò)配3.堿基插入：堿基缺失后AP位點(diǎn)插入新的堿基，可引起突變，大部分是顛換。4.有的烷化劑可同時(shí)提供兩個(gè)或三個(gè)烷基，稱為雙功能或多功能烷化劑。這些多功能的烷化劑常使DNA鏈內(nèi)、鏈間或DNA與蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)(crosslinkage)，也常發(fā)生染色體或染色單體斷裂，并易發(fā)生致死性突變。2023/7/2740一、引起突變的DNA變化——

堿基損傷2.平面大分子嵌入DNA鏈嵌入劑(intercalatingagent)：指能以靜電吸附形式（非共價(jià)結(jié)合）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2023/7/2741一、引起突變的DNA變化——堿基損傷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期可與天然堿基競(jìng)爭(zhēng)，并取代其位置取代后堿基類似物常造成錯(cuò)誤配對(duì)，即發(fā)生堿基置換。例如5－溴脫氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶；2－氨基嘌呤(2-AP)能取代鳥嘌呤2023/7/2742堿基類似物取代(1).5-溴尿嘧啶和T很相似，僅在第5個(gè)碳元子上由Br取代了甲基5-BU，有烯醇式，酮式兩種異構(gòu)體，可分別與G及A配對(duì)結(jié)合2023/7/2743一、引起突變的DNA變化——

堿基損傷4.堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變或破壞化學(xué)物可對(duì)堿基產(chǎn)生氧化作用，從而破壞或改變堿基的結(jié)構(gòu)，有時(shí)還引起鏈斷裂。有些化學(xué)物質(zhì)可在體內(nèi)形成有機(jī)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2023/7/2744一、引起突變的DNA變化——

DNA鏈損傷1.二聚體的形成：紫外線環(huán)丁烷嘧啶二聚體和4-6光產(chǎn)物阻止DNA復(fù)制引起細(xì)胞死亡機(jī)制：氫鍵斷裂磷酸二酯鍵斷裂相鄰嘧啶形成二聚體自由基2023/7/2745二聚體的形成2023/7/2746二聚體的形成2023/7/2747一、引起突變的DNA變化—

DNA鏈損傷2.DNA加合物(DNAadducts)形成許多化學(xué)誘變劑或其活化產(chǎn)物是親電子化學(xué)物，可與DNA、RNA或蛋白質(zhì)等大分子親核物質(zhì)發(fā)生共價(jià)結(jié)合，形成加合物(adducts)（如生物毒素、多環(huán)芳烴和芳香胺類致癌物）。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。DNA加合物的形成被普遍認(rèn)為是誘變作用的重要事件。致癌化學(xué)物有許多都是親電子化學(xué)物，能與DNA發(fā)生共價(jià)結(jié)合。例如，強(qiáng)烈致癌的黃曲霉毒素B1和苯并[a]芘都是經(jīng)過生物活化后與DNA發(fā)生共價(jià)結(jié)合。又如一些烷化劑，能提供烷基與DNA共價(jià)結(jié)合(烷化作用)。2023/7/2748一、引起突變的DNA變化—

DNA鏈損傷3.DNA-DNA交聯(lián)(DNA-DNAcrosslinks，DDC)：DNA分子上一條鏈的堿基與互補(bǔ)鏈上的相應(yīng)堿基形成共價(jià)連接如亞硝酸、絲裂霉素C、氮和硫的芥子氣以及各種鉑的衍生物2023/7/2749一、引起突變的DNA變化—

DNA鏈損傷4.DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)(DNA-proteincrosslinks，DPC)：是一種穩(wěn)定的共價(jià)結(jié)合物。多功能烷化劑常使DNA鏈內(nèi)、鏈間或DNA與蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)(crosslinkage)。與DNA交聯(lián)的是核蛋白。核蛋白是維持DNA構(gòu)象的重要物質(zhì)。發(fā)生交聯(lián)后DNA鏈不易修復(fù)或發(fā)生易錯(cuò)修復(fù)，因而高度致基因突變，也經(jīng)常發(fā)生染色體或染色單體斷裂，并易發(fā)生致死性突變。交聯(lián)也可繼發(fā)于堿基脫落之后。2023/7/2750二、引起突變的細(xì)胞分裂過程改變非整倍體和多倍體是由于染色體分離異常而產(chǎn)生的。主要涉及細(xì)胞分裂過程的改變，如紡錘體形成受干擾。完全阻止紡錘體形成，形成多倍體；部分阻止紡錘體形成，形成非整倍體。2023/7/2751二、引起突變的細(xì)胞分裂過程改變對(duì)紡錘體作用的分子機(jī)理大致分為如下幾點(diǎn):⑴與微管蛋白二聚體結(jié)合：防礙微管的正確組裝，引起細(xì)胞分裂完全抑制。⑵與微管上的巰基結(jié)合：如鋁、鋅、汞、砷的有機(jī)化合物或無機(jī)離子都有此結(jié)合能力。⑶破壞已組裝完成的微管不同的物質(zhì)對(duì)微管的作用方式不同：秋水仙堿直接使之解體，而灰黃霉素破壞其聚合-解聚動(dòng)態(tài)平衡；⑷防礙中心粒移動(dòng)：秋水仙堿能防礙分裂早期兩對(duì)中心粒的分離和移向兩極。其它作用2023/7/2752二、引起突變的細(xì)胞分裂過程改變引起非整倍性的原因不分離(nondisjunction)一種是同源染色體在第一次減數(shù)分裂中聯(lián)會(huì)復(fù)合中不分離（可能聯(lián)會(huì)復(fù)合體受損）另一種是姊妹染色單體在有絲中或第二次減數(shù)分裂中因著絲粒受損未縱裂而不分離染色體丟失(chromosomeloss)：紡綞體形成的不完全障礙或著絲粒受損使細(xì)胞分裂過程中個(gè)別染色體行動(dòng)滯后沒有進(jìn)入子細(xì)胞核。聯(lián)會(huì)復(fù)合體形成障礙和第一次減數(shù)分裂時(shí)著絲粒早熟分離而產(chǎn)生非整倍性2023/7/2753二、引起突變的細(xì)胞分裂過程改變引起整倍體的原因核內(nèi)復(fù)制(endoreduplication)第一次有絲分裂染色體及其著絲粒雖已完成正常復(fù)制，但紡綞體形成受到完全的障礙，全部姊妹染色單體不能分開，細(xì)胞也不能進(jìn)行分裂，形成間期四倍體細(xì)胞核第二次有絲分裂：恢復(fù)正常的復(fù)制和分開，中期便可見每四條染色單體整齊排列的現(xiàn)象2023/7/2754三、其他改變對(duì)DNA合成和修復(fù)有關(guān)的酶的作用。例如：一些氨基酸類似物可使與DNA合成有關(guān)的酶系統(tǒng)遭受破壞而誘發(fā)突變；鈹和錳除可直接作用于DNA外，還可與酶促防錯(cuò)修復(fù)系統(tǒng)相互作用而誘發(fā)突變。2023/7/2755四、突變的后果突變的后果取決于化學(xué)毒物所作用的靶細(xì)胞體細(xì)胞：其影響僅能在直接接觸該物質(zhì)的個(gè)體身體上表現(xiàn)出來，不可能遺傳到下一代生殖細(xì)胞：其影響有可能遺傳到下一代2023/7/2756四、突變的后果2023/7/2757四、突變的后果1.生殖細(xì)胞突變的后果（1）致死性突變：影響后代的數(shù)量顯性致死：使精子不能受精，或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)。（2）非致死性突變（可遺傳的改變）：影響后代的質(zhì)量顯性遺傳：遺傳性疾病發(fā)病率增加或新病種出現(xiàn)隱性遺傳：增加下一代基因庫的遺傳負(fù)荷2023/7/2758四、突變的后果基因庫(genepool)：是指一種物種的群體中生殖細(xì)胞內(nèi)具有的、并能傳給后代的基因總和。遺傳負(fù)荷(geneticload)：指人群中每個(gè)個(gè)體所攜帶有害基因或致死基因的平均水平生物個(gè)體生殖細(xì)胞發(fā)生突變或染色體畸變后，有些可能會(huì)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(fù)荷。2023/7/2759四、突變的后果2.體細(xì)胞突變的后果（1）癌變：體細(xì)胞突變是細(xì)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(xì)胞引起畸胎，所以致畸作用不完全是親代生殖細(xì)胞突變的后果。（3）其他不良后果：動(dòng)脈粥樣硬化、衰老。2023/7/2760第四節(jié)機(jī)體對(duì)致突變作用的影響DNA高保真復(fù)制DNA損傷修復(fù)遺傳信息世代相傳，并且高度保真機(jī)體修復(fù)DNA損傷的機(jī)制可分為兩類：損傷耐受機(jī)制和修復(fù)機(jī)制。損傷耐受機(jī)制：是指DNA遺傳可繞過那些阻止DNA復(fù)制的DNA損傷機(jī)制2023/7/2761一、DNA損傷的修復(fù)1.直接修復(fù)：存在于多數(shù)生物體內(nèi)，主要依賴酶作用，如光裂合酶、烷基轉(zhuǎn)移酶。1).光復(fù)活(photoreactivation)：修復(fù)紫外線損傷產(chǎn)生的胸腺嘧啶二聚體，廣泛存在原核和真核生物體內(nèi)。2).“適應(yīng)性”反應(yīng)：主要是O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(MGMT)修復(fù)鳥嘌呤O6位的烷基化損傷。2023/7/2762一、DNA損傷的修復(fù)2.切除修復(fù)：是一個(gè)多步驟修復(fù)過程。切除修復(fù)分為：堿基切除修復(fù)(BER)：核苷酸切除修復(fù)(NER)：總基因組修復(fù)(GGR)；轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)(TCR)錯(cuò)配修復(fù)(mismatchrepair，MMR)：識(shí)別并切除錯(cuò)配的堿基對(duì)，如G:T和A:C2023/7/2763一、DNA損傷的修復(fù)1）堿基切除修復(fù)(BER)第一步：識(shí)別：糖基化酶識(shí)別異常的堿基，隨后使異常嘌呤的N-9位或異常嘧啶的N-3位與脫氧核糖之間的鍵發(fā)生水解，形成無嘌呤或嘧啶的位點(diǎn)(AP位點(diǎn))第二步：切除一個(gè)異常堿基后，插入酶將正確堿基插入AP位點(diǎn)2023/7/2764一、DNA損傷的修復(fù)核苷酸切除修復(fù)：剪切：AP核酸內(nèi)切酶(Apendonuclease)在AP位點(diǎn)或其旁邊的5′端將DNA切開一個(gè)缺口，使一端成為5′-磷酸基，另一端成為3′-OH基切除：核酸外切酶(exonuclease)切除一些堿基合成：由多聚酶(polymerase)重新合成正確的堿基連接：由連接酶(ligase)將其連接。DNA聚合酶合成DNA片段，填補(bǔ)空缺。2023/7/2765核苷酸切除修復(fù)損傷：突變的堿基錯(cuò)配或改變DNA結(jié)構(gòu)剪切：內(nèi)切酶在損傷堿基位點(diǎn)兩側(cè)剪切切除：外切酶除去切口間的DNA合成：DNApol合成取代DNA連接：連接酶封閉缺口正常2023/7/2766一、DNA損傷的修復(fù)3.DNA雙鏈斷裂修復(fù)嚴(yán)格來說，不是修復(fù)，而是一種耐受過程，一種以容忍損傷繼續(xù)存在和在高突變率情況下，以換取細(xì)胞繼續(xù)生存的耐受過程。同源重組修復(fù)(homologyrecombination，HR)非同源末端連接(non-homologyendjoining，NHEJ)2023/7/27672023/7/2768一、DNA損傷的修復(fù)4.交聯(lián)修復(fù)：當(dāng)細(xì)胞內(nèi)發(fā)生DNA鏈內(nèi)交聯(lián)，會(huì)造成雙鏈的斷裂，機(jī)體啟動(dòng)兩種修復(fù)：無誤交聯(lián)修復(fù)易誤交聯(lián)修復(fù)2023/7/2769一、DNA損傷的修復(fù)5.呼救性修復(fù)（SOS修復(fù)）：SOS修復(fù)系統(tǒng)必須在損傷因素的誘導(dǎo)下才能發(fā)生，而且修復(fù)雖可使生物體從致死效應(yīng)中解除，卻容易出錯(cuò)。所以是一種易錯(cuò)修復(fù)(error-pronerepair)，該系統(tǒng)能在復(fù)制前的切除修復(fù)中起作用，但主要是在復(fù)制時(shí)起作用。特點(diǎn)：（1）誘導(dǎo)性修復(fù)（2）修復(fù)過程有明顯的錯(cuò)誤（3）SOS系統(tǒng)為多基因控制2023/7/2770一、DNA損傷的修復(fù)易錯(cuò)修復(fù)（error-pronerepair)：是指突變作為修復(fù)的結(jié)果或作為損傷旁路發(fā)生的DNA修復(fù)光復(fù)活、適應(yīng)性修復(fù)和切除修復(fù)傾向于無誤修復(fù)SOS修復(fù)就是易錯(cuò)修復(fù)2023/7/2771一、DNA損傷的修復(fù)DNA損傷的修復(fù)的后果和致突變作用模式：上述修復(fù)方式，是機(jī)體長期進(jìn)化的結(jié)果，其中有的對(duì)機(jī)體有利，可切除受損核苷酸，恢復(fù)DNA的正常功能；有的對(duì)機(jī)體不利，如易錯(cuò)修復(fù)；有的使機(jī)體對(duì)高突變率產(chǎn)生耐受。對(duì)于化學(xué)致突變作用的模式應(yīng)為損傷——修復(fù)——突變模式。2023/7/2772一、DNA損傷的修復(fù)總之，任何DNA損傷，只要修復(fù)無誤，突變就不會(huì)發(fā)生；如果修復(fù)錯(cuò)誤或未經(jīng)修復(fù)，損傷就得以固定(fixed)下來，于是發(fā)生突變。因此誘發(fā)突變是一個(gè)受控制的過程，失控才真正發(fā)生突變。一般來說從DNA損傷到損傷固定需要幾次細(xì)胞分裂周期才能形成。2023/7/2773二、遺傳因素對(duì)致突變作用的影響個(gè)體因素影響致突變作用有兩個(gè)方面:一是先天性，即遺傳因素，也就是遺傳多態(tài)性(geneticpolymorphysm)。二是后天性。主要指不同生活方式如吸煙、飲酒、營養(yǎng)缺乏或不平衡等。一般認(rèn)為，遺傳多態(tài)性在個(gè)體因素影響致突變作用中起決定作用。再者，后天的敏感性亦有可能在一定遺傳背景上出現(xiàn)。2023/7/2774二、遺傳因素對(duì)致突變作用的影響(一)代謝酶遺傳多態(tài)性氧化代謝酶酯酶谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶（GST）(二)修復(fù)功能的個(gè)體差異（修復(fù)酶多態(tài)性）2023/7/2775第五節(jié)觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法致突變?cè)囼?yàn)的目的（1）檢測(cè)外源化學(xué)物的致突變性，預(yù)測(cè)其對(duì)哺乳動(dòng)物和人的致癌性（2）檢測(cè)外源化學(xué)物對(duì)哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞的遺傳毒性，預(yù)測(cè)其對(duì)人類的遺傳危險(xiǎn)性2023/7/2776一、觀察項(xiàng)目的選擇1.觀察效應(yīng)終點(diǎn)的類型：（1）基因突變（DNA堿基序列改變）（2）染色體畸變（染色體完整性改變）（3）染色體分離改變（非整倍體和多倍體）（4）DNA原始損傷（斷裂、重排等）2023/7/2777一、觀察項(xiàng)目的選擇2.試驗(yàn)組合的原則試驗(yàn)組應(yīng)包括每一類型的遺傳學(xué)終點(diǎn)，如細(xì)胞回復(fù)突變?cè)囼?yàn)、微核試驗(yàn)、細(xì)菌DNA修復(fù)試驗(yàn)和體外姐妹染色單體交換試驗(yàn)（SCE)，這一組試驗(yàn)包括主要類型遺傳學(xué)終點(diǎn)試驗(yàn)組中的實(shí)驗(yàn)材料（指示生物）應(yīng)包括幾個(gè)進(jìn)化階段，至少要包括原核細(xì)胞與真核細(xì)胞兩個(gè)系統(tǒng)試驗(yàn)組應(yīng)包括體內(nèi)試驗(yàn)與體外試驗(yàn)，體外試驗(yàn)（+S9和-S9)和體內(nèi)試驗(yàn)細(xì)胞突變?cè)囼?yàn)為陽性者有必要進(jìn)行生殖細(xì)胞突變?cè)囼?yàn)2023/7/2778二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

Ames試驗(yàn)1.鼠傷寒沙門氏菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)（Ames試驗(yàn)）原理：檢測(cè)受試物誘發(fā)鼠傷寒沙門氏菌組氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株(his-)回復(fù)突變成野生型(his+)的能力組氨酸突變菌(his-)：在不含組氨酸的最低營養(yǎng)平皿上不能生長回復(fù)突變成野生型(his+)：可在不含組氨酸的最低營養(yǎng)平皿上生長2023/7/2779二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

Ames試驗(yàn)鼠傷寒沙門氏菌原養(yǎng)型(his+)組氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株。(his-)正向突變回復(fù)突變受試物2023/7/2780二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

Ames試驗(yàn)Ames試驗(yàn)菌株標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)菌株有四種：TA97和TA98檢測(cè)移碼突變、TA100檢測(cè)堿基置換突變、TA102對(duì)醛、過氧化物及DNA交聯(lián)劑較敏感這四個(gè)試驗(yàn)菌株除了含有his-突變，還有一些附加突變，以提高敏感性2023/7/2781二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

Ames試驗(yàn)Ames試驗(yàn)結(jié)果判斷只要在一種試驗(yàn)菌株得到陽性結(jié)果，即認(rèn)為受試物是致突變物僅當(dāng)四種試驗(yàn)菌株均得到陰性結(jié)果，才認(rèn)為受試物是非致突變物不加S9混合液得到陽性結(jié)果，說明受試物是直接致突變物加S9混合液才得到陽性結(jié)果，說明該受試物是間接致突變物2023/7/2782二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

微核試驗(yàn)微核(Micronucleus)的產(chǎn)生與染色體損傷有關(guān)是染色體或染色單體的無著絲點(diǎn)斷片或紡錘絲受損傷而丟失的整個(gè)染色體，在細(xì)胞分裂后期遺留在細(xì)胞質(zhì)中，末期之后，單獨(dú)形成一個(gè)或幾個(gè)規(guī)則的次核，包含在子細(xì)胞的胞質(zhì)內(nèi)，因比主核小，故稱微核。在細(xì)胞質(zhì)中微核來源有二：斷片或無著絲粒染色體在細(xì)胞分裂后期不能定向移動(dòng)，而遺留在細(xì)胞質(zhì)中；有絲分裂毒物的作用使個(gè)別染色體或帶苔絲粒的染色體環(huán)和斷片在細(xì)胞分裂后期被留在細(xì)胞質(zhì)中。2023/7/2783二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

微核試驗(yàn)微核試驗(yàn)(Micronucleustest，MNT)是觀察受試物能否產(chǎn)生微核的試驗(yàn)。其主要可檢出DNA斷裂劑和非整倍體誘變劑。常用嚙齒類動(dòng)物骨髓嗜多染紅細(xì)胞(PCE)做微核試驗(yàn)PCE是紅細(xì)胞成熟的一個(gè)階段，此時(shí)紅細(xì)胞的主核已排出，微核容易辯認(rèn)，PCE胞質(zhì)含RNA染色與成熟紅細(xì)胞易于區(qū)別，故為骨髓微核試驗(yàn)的首選細(xì)胞群2023/7/2784二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

微核試驗(yàn)2023/7/2785二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

微核試驗(yàn)MNNCE2023/7/2786二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

染色體畸變分析染色體畸變分析又稱細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)染色體是細(xì)胞核中具有特殊結(jié)構(gòu)和遺傳功能的小體，當(dāng)化學(xué)物質(zhì)作用于細(xì)胞周期G1期和S期時(shí)，誘發(fā)染色體型畸變，而作用于G2期時(shí)則誘發(fā)染色體單體型畸變。2023/7/2787二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

染色體畸變分析染色體畸變分析給試驗(yàn)的大、小鼠腹腔注入秋水仙素，抑制細(xì)胞分裂時(shí)紡錘體的形成，以便增加中期分裂相細(xì)胞的比例，并使染色體絲縮短、分散，輪廓清晰。在顯微鏡下觀察染色體數(shù)目和形態(tài)?？捎^察到裂隙、斷裂、斷片、環(huán)狀染色體、多中心粒染色體。一般不能觀察到：倒位、插入、重復(fù)、易位。2023/7/2788二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

姊妹染色單體交換試驗(yàn)姊妹染色單體交換(SCE)是指某一染色體在姐妹染色單體之間發(fā)生同源節(jié)段的互換，兩條姐妹染色單體都會(huì)出現(xiàn)深淺相同的染色（而正常情況下，在使用差別染色法，可見到染色體的兩條姊妹染色單體染成一深一淺），但同源節(jié)段仍是一深一淺，這種現(xiàn)象就是SCE。2023/7/2789二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

姐妹染色單體交換試驗(yàn)(SCE)2023/7/2790二、常用的致突變?cè)囼?yàn)—

顯性致死試驗(yàn)顯性致死試驗(yàn)(dominantlethaltest)

顯性致死突變指哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞染色體發(fā)生結(jié)構(gòu)和數(shù)目變化,出現(xiàn)的受精卵在著床前死亡和胚胎早期死亡。是檢測(cè)受試物誘發(fā)哺乳動(dòng)物性生殖細(xì)胞染色體畸變所致胚胎或胎兒死亡的遺傳毒性試驗(yàn)方法。顯性致死是染色體結(jié)構(gòu)異常或