遺傳毒性及其評價

遺傳毒性及其評價第一節(jié)概述第二節(jié)遺傳毒性的類型第三節(jié)遺傳毒性的形成機制第四節(jié)遺傳毒性的后果第五節(jié)遺傳毒性的常用試驗方法第六節(jié)遺傳毒性的評價第2頁,共147頁，2024年2月25日，星期天1.掌握基本概念2.掌握遺傳毒性的類型3.了解遺傳毒性的形成機制4.掌握遺傳毒性的后果5.掌握遺傳毒性的常用試驗方法6.熟悉遺傳毒性的評價目的與要求：第3頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)概述第4頁,共147頁，2024年2月25日，星期天基本概念第5頁,共147頁，2024年2月25日，星期天概述遺傳與

變異heredity（inheritance)andvariation第6頁,共147頁，2024年2月25日，星期天概述遺傳結構本身的變化及引起的變異。突變實際上是遺傳物質的一種可遺傳的變異。突變mutation自發(fā)突變（spontaneousmutation）是指在自然條件下發(fā)生的突變。

誘發(fā)突變（inducedmutation）

是指人為地造成突變。有利突變

中性突變有害突變第7頁,共147頁，2024年2月25日，星期天概述有利突變中性突變小麥耐鹽突變不影響或基本不影響蛋白質的活性，不表現(xiàn)出明顯的性狀變化人類、動物、植物的白化突變有害突變第8頁,共147頁，2024年2月25日，星期天概述遺傳機構改變遺傳性疾病癌癥動脈粥樣硬化糖尿病衰老環(huán)境因素第9頁,共147頁，2024年2月25日，星期天概述研究環(huán)境因素對機體遺傳物質和遺傳過程的作用，闡明遺傳毒性對機體健康的后果及其作用機制，為防止環(huán)境因素對遺傳物質的損傷，增加生物的遺傳負荷，保護生態(tài)平衡和人體的健康提供科學依據(jù)的一門毒理學分支學科。遺傳毒理學genetictoxicology第10頁,共147頁，2024年2月25日，星期天概述廣義的遺傳毒性是指由遺傳毒物引起生物細胞基因組分子結構特異改變或使遺傳信息發(fā)生變化的有害效應，或簡單概括為損傷DNA和改變DNA的能力。狹義的遺傳毒性僅指DNA損傷。

是指對DNA或染色體結構（或數(shù)目）的損傷并能傳遞給子細胞的作用。遺傳毒性genetictoxicitygenotoxicity致突變性mutagenicity第11頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性與致突變性的區(qū)別下列改變屬遺傳毒性而非致突變性：非程序DNA合成姐妹染色單體交換DNA鏈斷裂非整倍性和多倍性遺傳毒性比致突變性覆蓋了更廣的終點譜第12頁,共147頁，2024年2月25日，星期天概述遺傳學基礎第13頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳物質DNARNA第14頁,共147頁，2024年2月25日，星期天DNA概述第15頁,共147頁，2024年2月25日，星期天堿基互補配對第16頁,共147頁，2024年2月25日，星期天DNA一級結構二級結構三級結構四級結構概述第17頁,共147頁，2024年2月25日，星期天RNA第18頁,共147頁，2024年2月25日，星期天mRNA第19頁,共147頁，2024年2月25日，星期天mRNA第20頁,共147頁，2024年2月25日，星期天mRNA第21頁,共147頁，2024年2月25日，星期天mRNA第22頁,共147頁，2024年2月25日，星期天mRNA第23頁,共147頁，2024年2月25日，星期天mRNA第24頁,共147頁，2024年2月25日，星期天tRNA第25頁,共147頁，2024年2月25日，星期天rRNA第26頁,共147頁，2024年2月25日，星期天核糖體第27頁,共147頁，2024年2月25日，星期天核糖體第28頁,共147頁，2024年2月25日，星期天中心法則第29頁,共147頁，2024年2月25日，星期天轉錄與翻譯第30頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共147頁，2024年2月25日，星期天概述是DNA分子中最小的完整功能單位。

（對以RNA作為遺傳信息載體的RNA病毒而言則是RNA序列）?；虻?2頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一種生物體具有的所有遺傳信息的總和。概述基因組第33頁,共147頁，2024年2月25日，星期天染色質與染色體在間期細胞的細胞核中，通過光鏡可見一種能被堿性染料著色的物質，即染色質。它由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量的RNA組成，形似串珠狀的復合體。在間期細胞核中，一般沒有染色體結構，只有在細胞分裂時，染色質才螺旋化并折疊成染色體。概述第34頁,共147頁，2024年2月25日，星期天染色質與染色體概述第35頁,共147頁，2024年2月25日，星期天細胞周期連續(xù)分裂的細胞從上一次有絲分裂結束到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的整個過程。第36頁,共147頁，2024年2月25日，星期天M期（細胞分裂期）第37頁,共147頁，2024年2月25日，星期天體細胞與生殖細胞體細胞：多是二倍體細胞，含有兩組完全相同的染色體，其遺傳損傷不會遺傳給下一代。生殖細胞：是單倍體，其染色體改變及突變可傳給下一代。生殖細胞的成熟過程第38頁,共147頁，2024年2月25日，星期天概述——小結定義：遺傳毒理學遺傳毒性致突變性要求掌握的內容第39頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)遺傳毒性的類型第40頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型一、基因突變二、染色體畸變三、染色體數(shù)目異常四、DNA損傷第41頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型一、基因突變二、染色體畸變三、染色體數(shù)目異常四、DNA損傷第42頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型是指基因在結構上發(fā)生了堿基對組成和排列序列的改變。基因突變genemutation根據(jù)基因結構的改變

堿基對替換移碼突變密碼子插入或缺失三核苷酸重復大段損傷第43頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型——基因突變堿基對替換（堿基置換、堿基取代）指DNA分子中一個或幾個堿基對被另一個或幾個堿基對替換。轉換（實線，對角線）顛換（虛線，縱橫線）第44頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型——基因突變堿基對替換（堿基置換、堿基取代）指DNA分子中一個或幾個堿基對被另一個或幾個堿基對替換?！璗TAGGGGACGCGCATGAA……AATCCCCTGCGCGTACTT……TTAGAGGACGCGCATGAA……AATCTCCTGCGCGTACTT……TTAGGGGACGCGCATTAA……AATCCCCTGCGCGTAATT…轉換顛換第45頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型堿基對替換產(chǎn)生的后果同義突變錯義突變無義突變延長突變（終止密碼突變）第46頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型同義突變

是指沒有改變基因產(chǎn)物氨基酸的序列。堿基對替換產(chǎn)生的后果第47頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型錯義突變是指堿基序列的改變引起了產(chǎn)物氨基酸序列的改變。堿基對替換產(chǎn)生的后果甘氨酸精氨酸第48頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型無義突變（鏈終止突變）是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|合成的終止密碼子，導致多肽鏈在成熟之前終止合成的一類突變。堿基對替換產(chǎn)生的后果亮氨酸第49頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型延長突變（終止密碼突變）是指終止密碼子因突變而為氨基酸編碼，結果產(chǎn)生過長的肽鏈的現(xiàn)象。堿基對替換產(chǎn)生的后果第50頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型正常、圓餅形異常、鐮刀形鐮刀形細胞貧血癥第51頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型——基因突變移碼突變（移碼框突變）指發(fā)生一對或幾對（3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，并轉譯成為不正常的氨基酸。第52頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型——基因突變密碼子插入或缺失指DNA序列中插入或缺失的堿基數(shù)恰好為一個或多個三聯(lián)體，指導合成的多肽鏈增加或減少一個或多個氨基酸，此部位之后的氨基酸序列無改變。DNAATGTCA

GGATGTCTT

ACCCTCmRNAUACAGU

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UGGGAG酪絲脯蘇谷色谷DNAATGTGTTCA

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酪蘇

絲脯蘇谷色谷DNAATGGGATGTCTT

ACCCTCmRNAUACCCUACA

GAAUGGGAG

酪脯蘇谷色谷DNATCAmRNAAGU絲第53頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型——基因突變三核苷酸重復（三聯(lián)體重復或三核苷酸擴展）即一特定的三聯(lián)核苷酸被擴增，重復數(shù)目超過正常數(shù)目。肌強直性營養(yǎng)不良第54頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型——基因突變大段損傷（DNA重排）指DNA序列上有較長的一段序列的重排分布，包括大段（一個堿基至數(shù)千個堿基）的插入、缺失、取代、復制、放大和倒位。第55頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型一、基因突變二、染色體畸變三、染色體數(shù)目異常四、DNA損傷第56頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型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)染色體結構異常的稱為染色體畸變或染色體結構畸變?；兩婕霸谌旧珡椭企w中兩條染色單體中的一條，稱為染色單體型畸變，而涉及兩條染色單體，稱為染色體型畸變。染色體畸變chromosomeaberration

第57頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型染色體畸變chromosomeaberration

分類：缺失重復倒位易位第58頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型貓叫綜合征成因:5號染色體短臂部分或全部缺失第59頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型一、基因突變二、染色體畸變三、染色體數(shù)目異常四、DNA損傷第60頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型染色體數(shù)目異?；蛉旧w數(shù)目畸變，也稱基因組突變（genomemutation），主要指染色體的數(shù)目發(fā)生了改變。標準：以動物正常染色體數(shù)目2n為基準。染色體數(shù)目異常整倍體單倍體三倍體四倍體非整倍體近二倍體（2n）亞二倍體（2n-）超二倍體（2n＋）第61頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型染色體數(shù)目異常第62頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型超過二倍體的整倍性改變也統(tǒng)稱為多倍體。如果某號染色體一對均缺，就叫缺體。無論是整倍性或非整倍性染色體數(shù)目異常的細胞或個體部分都稱為異倍體。染色體數(shù)目異常第63頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型3倍體Atriploidinfant,showingthecharacteristicenlargedhead.第64頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型21三體綜合征（先天愚型）trisomy21syndrome（DownSyndrome，DS）第65頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型一、基因突變二、染色體畸變三、染色體數(shù)目異常四、DNA損傷第66頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型DNA損傷是指在遺傳毒物作用下，DNA結構和功能發(fā)生改變，阻礙了DNA的復制與轉錄或復制與轉錄產(chǎn)物發(fā)生改變。DNA損傷DNAdamage分類：根據(jù)發(fā)生機制：堿基類似物的取代、堿基烷化和共價結合、嵌入、DNA鏈斷裂、DNA修飾、DNA交聯(lián)等根據(jù)損傷來源：DNA自發(fā)性損傷和外源性DNA損傷根據(jù)DNA分子的損傷改變：堿基變化、脫氧核糖變化、DNA交聯(lián)等第67頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型DNA損傷的常見類型第68頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的類型——小結要求掌握的內容遺傳毒性的類型第69頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)遺傳毒性的形成機制第70頁,共147頁，2024年2月25日，星期天致突變機制模式

DNA損傷——修復——突變遺傳毒性的形成機制第71頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷遺傳毒性的形成機制（一）自發(fā)性損傷DNA合成時的堿基錯配第72頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（一）自發(fā)性損傷遺傳毒性的形成機制2.DNA堿基化學性的自發(fā)改變去氨基作用第73頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（一）自發(fā)性損傷遺傳毒性的形成機制3.來源于細胞內代謝產(chǎn)生的活性氧類引起DNA氧化性損傷第74頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制DNA加合物和交聯(lián)分子的形成大加合物代表物：多環(huán)芳烴、生物毒素、黃曲霉毒素B和芳香胺類后果：DNA的立體構象發(fā)生明顯變化，阻斷受損部位DNA的半保留復制和轉錄小加合物代表物：烷化劑、亞硝基化合物后果：對DNA的構象影響較小，易導致堿基錯誤配對第75頁,共147頁，2024年2月25日，星期天DNA-DNA交聯(lián)代表物：亞硝酸、絲裂霉素C、氮和硫的芥子氣以及各種鉑的衍生物，如順-二胺二氯化鉑后果：使DNA在復制中不能解鏈，使螺旋局部形成，造成DNA復制和轉錄完全停止，細胞死亡DNA-蛋白質交聯(lián)代表物：烷化劑，苯并（a）芘，砷化合物，醛類化合物（如甲醛）及一些重金屬如鎳、鉻后果：對DNA構象與功能產(chǎn)生嚴重影響一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷DNA加合物和交聯(lián)分子的形成第76頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷2.堿基類似物在DNA復制時的參入5-5-5-5-5-5-5-5-溴尿嘧啶（5-BU）

第77頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷2.堿基類似物在DNA復制時的參入2-氨基腺嘌呤（2-AP）

2-2-2-2-第78頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（1）亞硝基引起的氧化脫氨反應第79頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（2）NH2OH的致突變作用pH6.0，濃度0.1~1.0mol/L第80頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（3）烷化劑的致突變作用烷化劑第81頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（3）烷化劑的致突變作用易于被烷化的堿基位置有：鳥嘌呤N-3、N-7和O-6腺嘌呤N-1、N-3和N-7胞嘧啶N-3和O-2胸腺嘧啶N-3、O-2、O-4DNA鏈上磷酸酯鍵上的氧也可受到烷化第82頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（4）嵌合劑的致突變作用吖啶橙原黃素代表物：吖啶橙，原黃素，吖黃素等吖啶類染料分子方式：以靜電吸附形式嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結構的相鄰核苷酸之間后果：移碼突變第83頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（4）嵌合劑的致突變作用…TTAGGGGACGCGCATGAA……AATCCCCTGCGCGTACTT…模板鏈互補鏈…TTAGGGGACGCGCATGAA……AATCCCCCTGCGCGTACTT…染料分子插入一個堿基…TTAGGGGACGCGCATGAA……AACCCCTGCGCGTACTT…染料分子第84頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（5）轉座成分的致突變作用生物體內含有許多轉座成分，它們一般長數(shù)百個至數(shù)千個bp，可以通過一種復雜的方式復制，一個復制拷貝保留在原來的插入部位，將另一個復制拷貝插入到基因組的另外一個位點。復制插入到第二個部位的過程稱為轉座。如：哺乳類動物的DNA病毒和反轉錄病毒等。后果：移碼突變，基因的中斷、失活、結構改變等，甚至還會帶入某些有害基因，增加基因突變的頻率。第85頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（5）轉座成分的致突變作用第86頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（6）DNA的氧化性損傷第87頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（6）DNA的氧化性損傷第88頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（6）DNA的氧化性損傷第89頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、DNA損傷（二）環(huán)境因素所致的DNA損傷遺傳毒性的形成機制3.DNA分子上堿基的化學修飾（7）DNA的構象改變第90頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第91頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、DNA損傷的修復與突變（一）直接修復（二）切除修復（三）錯配修復（四）鏈斷裂的修復（五）呼救性修復遺傳毒性的形成機制第92頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、DNA損傷的修復(一)直接修復1.

光復活遺傳毒性的形成機制

光復活是一種依賴光的過程，它通過酶切下DNA上嘧啶二聚體，將毗連的嘧啶接回原結構上。這主要是針對紫外線損傷產(chǎn)生的胸腺嘧啶二聚體的修復機制。第93頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、DNA損傷的修復(一)直接修復2.“適應性”反應遺傳毒性的形成機制

鳥嘌呤O-6位被烷化，易造成堿基錯配。機體有一種修復功能，依賴烷基轉移酶作用，將鳥嘌呤O-6位甲基轉給蛋白質O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉移酶。這樣，鳥嘌呤可恢復其正常的堿基配對特性。目前，深入研究的是O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉移酶，廣泛存在于酵母，大鼠及人類。第94頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、DNA損傷的修復(二)切除修復核苷酸切除修復遺傳毒性的形成機制它始于解螺旋酶，打開受損的DNA雙鏈。在內切酶作用下，如大腸桿菌的uvrABC切除核苷酸酶，除去含有受損的寡核苷酸鏈，在真核生物留下27~29個核苷酸長度的間隙，在細菌留下12~13個核苷酸長度的間隙。在修復聚合酶如大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ作用下，以對應的DNA鏈為模板，合成新DNA鏈，填補留下的間隙。最后，由DNA連接酶封閉，恢復原有的DNA序列。核苷酸切除是所有生物體內最常見的修復機制。第95頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、DNA損傷的修復(二)切除修復2.堿基切除修復遺傳毒性的形成機制由DNA糖基酶作用于受損的DNA，該酶可識別異常的堿基。通過切斷堿基與脫氧核糖連接的鍵，使受損的堿基脫落，產(chǎn)生一個無嘌呤或無嘧啶位點即AP位點。AP內切酶將DNA鏈切斷，由聚合酶及連接酶作用完成修復過程。與核苷酸切除修復相比，堿基切除修復的DNA糖基酶專一性更強。第96頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、DNA損傷的修復(三)錯配修復遺傳毒性的形成機制錯配修復是一類性質截然不同的切除修復。它可以識別并除去錯配的堿基對，如G：T和A：C。像這樣的堿基對可作為重組中間體，在復制時錯誤地出現(xiàn)或者通過堿基活性修飾，如5-甲基胞嘧啶的脫氨作用而引出。該誤配修復見于自然界許多生物。目前了解較為深入的是細菌誤配修復。正在試圖探討其在人類的作用，主要目的是闡明誤配修復與腫瘤發(fā)生的關系。有關錯配修復的機制尚未完全闡明。第97頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、DNA修復與突變（四）鏈斷裂的修復1.單鏈斷裂的修復遺傳毒性的形成機制單鏈斷裂由堿基切除修復后階段起作用的同一些酶進行處理和連接。有時還要有一些附加步驟，如由外切核酸酶切除“擦破”的末端和由DNA激酶使5’末端磷酸化等。第98頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、DNA修復與突變（四）鏈斷裂的修復2.雙鏈斷裂的修復（1）單鏈退火單鏈退火通路依賴在斷裂兩側有直接重復序列的存在。其第一步是由特異性外切酶在兩末端引起5’→3’的降解作用，從而使同源區(qū)得以暴露而形成接合分子。進行DNA合成。雙鏈斷裂修復最后由末端的連接而完成。修復后的DNA將只保留兩重復序列中的一個，并發(fā)生兩重復序列間的序列的缺失。遺傳毒性的形成機制第99頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、DNA修復與突變（四）鏈斷裂的修復2.雙鏈斷裂的修復（2）DNA非同源性末端連接DNA非同源性末端連接修復機制完全不需要任何模板的幫助，此一機制的修復蛋白可以直接將雙股裂斷的末端彼此拉近，再借由DNA連接酶的幫助，將斷裂的兩股重新接合。（3）同源性重組修復同源性重組修復是利用細胞內的染色體兩兩對應的特性，若其中一條染色體上的DNA發(fā)生雙股斷裂，則另一條染色體上對應的DNA序列即可當作修復的模板來回復斷裂前的序列，因此在某些條件下，同源性重組又稱作基因轉換。遺傳毒性的形成機制第100頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一種能夠引起誤差修復的緊急呼救修復，是在無模板DNA情況下合成酶的誘導修復。正常情況下無活性有關酶系，DNA受損傷而復制又受到抑制情況下發(fā)出信號，激活有關酶系，對DNA損傷進行修復，其中DNA多聚酶起重要作用，在無模板情況下，進行DNA修復再合成，并將DNA片段插入受損DNA空隙處。SOS修復的機制至今還沒有透徹的理解。遺傳毒性的形成機制二、DNA修復與突變（五）呼救性修復（SOS修復）第101頁,共147頁，2024年2月25日，星期天三、整倍體和非整倍體的形成遺傳毒性的形成機制有絲分裂有絲分裂有絲分裂第102頁,共147頁，2024年2月25日，星期天三、整倍體和非整倍體的形成遺傳毒性的形成機制減數(shù)分裂第103頁,共147頁，2024年2月25日，星期天三、整倍體和非整倍體的形成

染色體數(shù)目異常的直接原因是由于染色體行動異?；驈椭飘惓?。（一）引起非整倍性的原因

1.不分離

2.染色體丟失3.除以上兩種情況外，還可能由于聯(lián)會復合體形成障礙和第一次減數(shù)分裂時著絲粒早熟分離而產(chǎn)生非整倍性。（二）引起整倍性的原因核內復制近年來研究發(fā)現(xiàn)，非整倍體是由多次而不是一次分裂錯誤造成的。非整倍體可由自發(fā)和化學物在生殖細胞或體細胞分裂時誘發(fā)形成。遺傳毒性的形成機制第104頁,共147頁，2024年2月25日，星期天三、整倍體和非整倍體的形成

對化學物誘發(fā)非整倍體和整倍體改變的機制除對紡錘體的毒作用有一定了解外尚不完全清楚。對紡錘體的毒作用機制：

1.與微管蛋白二聚體結合

微管蛋白二聚體是構成紡錘纖維的材料，一旦該蛋白的某一特定位置被結合，將妨礙微管的正確組裝，很易發(fā)生細胞分裂完全抑制。

2.與微管上的巰基結合

微管蛋白帶有巰基，能與某些化學物、藥物和金屬結合。結合后可有多種后果，但細胞分裂多數(shù)不至于完全抑制。這種結合具有明顯的化學結構特異性，如苯基汞易與著絲粒微管（即染色體纖維）結合，而甲基汞易與極間微管（即連接兩中心粒的連續(xù)纖維）結合。遺傳毒性的形成機制第105頁,共147頁，2024年2月25日，星期天三、整倍體和非整倍體的形成3.破壞已組裝好的微管

4.妨礙中心粒移動

5.其他作用作用方式未明。遺傳毒性的形成機制第106頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)遺傳毒性的后果第107頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的后果一、體細胞突變的后果（一）腫瘤

體細胞突變的后果中最受關注的是腫瘤。體細胞突變是腫瘤發(fā)生的重要基礎，在許多腫瘤細胞中，都同時觀察到基因突變導致的原癌基因的活化和抑癌基因的失活，并存在缺失、倒位、易位等染色體畸變。研究證實化學物的致突變作用與其致癌作用存在著較高的相關性，并且在DNA損傷修復缺陷的人群中，腫瘤的發(fā)生也明顯增高。第108頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的后果一、體細胞突變的后果（二）發(fā)育毒性孕體的體細胞（胚胎細胞）由受精卵起至器官形成期的細胞，因外來化合物引起突變，就有可能使新生兒存在外觀或內臟的畸形。也可能發(fā)生著床前死亡、流產(chǎn)、死胎和新生兒死亡，而活胎則可能有發(fā)育遲緩。浙江某藥廠一女工產(chǎn)后100天的女孩只有一個半手指（2003）第109頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的后果一、體細胞突變的后果（三）動脈粥樣硬化動脈粥樣硬化是心血管疾病的一個主要病理生理過程。1973年Benditt等人根據(jù)有關動脈粥樣硬化斑內細胞是單克隆性的發(fā)現(xiàn)提出了一種假說，即動脈粥樣硬化斑可被看作動脈壁的一種單克隆的良性贅生物。認為動脈粥樣硬化起始于某一突變或病毒感染，然后轉化單一、分離的平滑肌細胞成為增殖克隆的祖細胞。目前已得到間接證據(jù)的支持。第110頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的后果一、體細胞突變的后果（四）衰老衰老機制復雜，涉及面廣。目前有遺傳基因說、體細胞突變說、差錯積累說等多種學說，尚未形成共識。支持體細胞突變和衰老兩者之間因果關系的一個主要論據(jù)是DNA作為主要信息生物分子的作用和突變的不可逆性，即序列信息的改變。第111頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的后果二、生殖細胞突變的后果（一）遺傳病遺傳病是指個體生殖細胞或受精卵的遺傳物質發(fā)生突變所引起的疾病。遺傳病一般可分為染色體病和基因病。染色體病是由于染色體畸變引起的疾病，包括染色體數(shù)目和結構異常而產(chǎn)生的疾病。基因病是由于基因突變引起的疾病，包括單基因病和多基因病。第112頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的后果二、生殖細胞突變的后果（二）影響遺傳負荷

在人類許多復雜疾病中，遺傳因素也起著部分作用，基因突變可增加下一代基因庫的遺傳負荷。基因庫指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。遺傳負荷指一種物種的群體中每一個攜帶的可遺傳給下一代的有害基因的平均水平。第113頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的后果二、生殖細胞突變的后果（二）影響遺傳負荷根據(jù)基因突變對遺傳負荷的影響，即對后代增加危險性的程度，常將基因突變分為三類：第一類為顯性致死突變，引起受精卵或胚胎發(fā)生變化，受精卵或胚胎在胎兒成熟前死亡，顯性致死突變引起的胎兒或受精卵的死亡或不孕，對基因庫不會有影響；第二類為顯性存活突變，這類突變不會引起胚胎死亡，可在子一代表現(xiàn)出來，也就是通常所說的顯性遺傳，一般連續(xù)幾代，每代都出現(xiàn)患者，男女雙方患病幾率相等，這類突變可傳給后代，能影響基因庫;第三類為隱性突變，也就是通常說的隱性遺傳，即在雜合子不能表現(xiàn)出來，必須在純合子時才能出現(xiàn)疾病，如其隱性基因病患者（aa），同正常人（AA）婚配，子女全部是正常表型，但AA與Aa各占一半，大大增加人群中致病基因的攜帶者，影響人類素質，增加遺傳負荷，影響人類基因庫。第114頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的后果二、生殖細胞突變的后果（三）生殖毒性突變還可造成生殖毒性，包括生殖器官、相關的內分泌系統(tǒng)和妊娠結局的改變，表現(xiàn)為對性成熟、配子發(fā)生及其轉運、性周期、性行為、受精、著床、胚胎形成與發(fā)育、妊娠、分娩和哺乳過程等的不良影響或依賴于生殖系統(tǒng)完整性的其他功能的改變。第115頁,共147頁，2024年2月25日，星期天DNA損傷修復的效率體細胞突變惡性轉化細胞衰老隱性致死未分化的胚胎細胞受損顯性致死存活突變已分化的胚胎細胞受損良性腫瘤癌變未知疾病老化功能或結構畸形生育功能障礙流產(chǎn)與死胎遺傳性疾病基因負荷胚胎綜合征動脈硬化生殖細胞突變遺傳毒性的后果第116頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的后果——小結遺傳毒性的后果要求掌握的內容第117頁,共147頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)遺傳毒性的常用試驗方法第118頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的常用試驗方法一、基因突變檢測方法（一）微生物試驗：細菌回復突變試驗鼠傷寒沙門菌/組氨酸回復突變試驗（Ames試驗）（二）哺乳動物細胞突變試驗：哺乳動物細胞基因突變試驗（三）昆蟲突變試驗：果蠅伴性隱性致死試驗（四）哺乳動物突變試驗：轉基因動物突變試驗二、染色體畸變測試方法（一）染色體畸變分析（二）微核試驗（三）顯性致死試驗三、DNA損傷的測試方法（一）單細胞凝膠電泳試驗（二）程序外DNA合成試驗（三）姐妹染色單體交換第119頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、基因突變檢測方法（一）微生物試驗細菌回復突變試驗遺傳毒性的常用試驗方法

細菌回復突變試驗是利用突變體的測試菌株，觀察受試物能否糾正或補償突變體所攜帶的突變改變，判斷其致突變性。第120頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、基因突變檢測方法（一）微生物試驗細菌回復突變試驗遺傳毒性的常用試驗方法

其原理是人工誘變的突變株在組氨酸操縱子中有一個突變，突變的菌株必須依賴外源性組氨酸才能生長，而在無組氨酸的選擇性培養(yǎng)基上不能存活，致突變物可使其基因發(fā)生回復突變，使它在缺乏組氨酸的培養(yǎng)基上也能生長。計數(shù)誘發(fā)的回復菌落數(shù)即可判斷化學毒物的致突變性。正向突變回復突變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-)±代謝活化系統(tǒng)受試物Ames試驗原理鼠傷寒沙門菌/組氨酸回復突變試驗（Ames試驗）第121頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、基因突變檢測方法（一）微生物試驗鼠傷寒沙門菌/組氨酸回復突變試驗（Ames試驗）遺傳毒性的常用試驗方法Ames試驗的結果判定：由于突變型菌株都有一定的自發(fā)回變率，所以判定受試物是否具有致突變作用，一般要求在受試物平皿上生長的菌落數(shù)，至少超過對照皿上自發(fā)回變菌落數(shù)二倍以上，并最好能呈現(xiàn)劑量反應相關關系。第122頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、基因突變檢測方法（二）哺乳動物細胞突變試驗哺乳動物細胞基因突變試驗遺傳毒性的常用試驗方法

哺乳動物細胞基因突變試驗是體外培養(yǎng)細胞的基因正向突變試驗。第123頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、基因突變檢測方法（二）哺乳動物細胞突變試驗哺乳動物細胞基因突變試驗遺傳毒性的常用試驗方法tk、hgprt及gpt編碼的產(chǎn)物可催化相應核苷的磷酸化反應，生成相應的單核苷酸。核苷類似物（如5-溴脫氧尿嘧啶核苷，三氟胸苷及6-硫代鳥嘌呤等）也可作為其底物被磷酸化，這些磷酸化產(chǎn)物也可摻入DNA中，引起細胞死亡?？赏ㄟ^觀察對核苷類似物的抗性，即觀察含核苷類似物的選擇培養(yǎng)液中細胞集落形成的增加，檢測受試物的致突變性。第124頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、基因突變檢測方法（三）昆蟲突變試驗果蠅伴性隱性致死試驗遺傳毒性的常用試驗方法

果蠅伴性隱性致死試驗是利用隱性基因在伴性遺傳中具有交叉遺傳特征，選擇黑腹果蠅為實驗動物，給予雄蠅受試物，如雄蠅的X染色體有突變，傳給F1代雌蠅，再通過F1代雌蠅傳給F2代雄蠅，使位于X染色體上的隱性基因在半合型雄蠅表現(xiàn)出來。即由于致死突變不出現(xiàn)，會有明顯標記的野生型雄蠅出現(xiàn)。

第125頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、基因突變檢測方法（四）哺乳動物突變試驗遺傳毒性的常用試驗方法1.生殖細胞突變試驗2.體細胞突變試驗3.轉基因動物突變試驗第126頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、基因突變檢測方法（四）哺乳動物突變試驗

1.生殖細胞突變試驗遺傳毒性的常用試驗方法早在1951年，RussellWL等就建立了小鼠生殖細胞隱性可見突變的檢測方法，即小鼠特異位點測試。迄今仍是整體動物生殖細胞誘變試驗中最敏感的方法。小鼠特異位點測試品系含有7對純合的隱性標記基因，它們均控制小鼠的毛色和外耳的大小。經(jīng)受試物處理過的野生型品系與測試品系雜交，如果沒有突變發(fā)生則后代出現(xiàn)野生型表型，如果在相應于測試品系的7個隱性位點上任何部位發(fā)生突變，則后代出現(xiàn)突變表型。第127頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、基因突變檢測方法（四）哺乳動物突變試驗

2.體細胞突變試驗遺傳毒性的常用試驗方法整體動物體細胞突變試驗最常用的方法之一是小鼠體細胞皮毛斑點突變。該實驗的靶細胞為胚胎黑色素細胞，體細胞的相關突變引起胚胎皮毛顏色的變化。由于胎盤對于化學物質分布的限制作用以及只能在孕鼠中進行，限制了該方法的實用性。盡管如此，從了解整體哺乳動物的單個基因突變而言，小鼠皮毛斑點測試具有一定的價值。第128頁,共147頁，2024年2月25日，星期天一、基因突變檢測方法（四）哺乳動物突變試驗

3.轉基因動物突變試驗遺傳毒性的常用試驗方法

轉基因動物是將外源DNA序列轉入動物基因組并通過生殖細胞傳遞下去的產(chǎn)物。常見的轉基因動物品系如BigBlue是以大腸桿菌的lacⅠ作為誘變的靶基因，MutaMouse則以大腸桿菌lacZ作為靶基因。動物在暴露受試物之后，Lac基因可以很容易地從動物細胞中重新獲得并包裝到λ噬菌體中，進而感染大腸桿菌，裂解后根據(jù)噬菌斑的表型及數(shù)目可以發(fā)現(xiàn)突變子并計算突變頻率。第129頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、染色體畸變測試方法（一）染色體畸變分析遺傳毒性的常用試驗方法

觀察染色體形態(tài)結構和數(shù)目改變稱為染色體畸變分析，又稱細胞遺傳學試驗。因為它將觀察細胞停留在細胞分裂中期相，用顯微鏡檢查染色體畸變和染色體分離異常。對于染色體畸變，它可觀察到裂隙、斷裂、斷片、無著絲粒環(huán)、染色體環(huán)、雙或多著絲粒染色體。染色體畸變分析可為體外試驗，也可為體內試驗，包括對體細胞和生殖細胞的分析。無著絲粒和雙著絲粒染色體無著絲粒環(huán)第130頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、染色體畸變測試方法（二）微核試驗遺傳毒性的常用試驗方法微核與染色體損傷有關，是染色體或染色單體的無著絲點斷片或紡錘絲受損傷而丟失的整個染色體，在細胞分裂后期遺留在細胞質中，末期之后，單獨形成一個或幾個規(guī)則的次核，包含在子細胞的胞質內，因比主核小，故稱微核。微核試驗是觀察受試物能否產(chǎn)生微核的試驗。主要可檢出DNA斷裂劑和非整倍體誘變劑。傳統(tǒng)的微核試驗是體內試驗，它觀察骨髓嗜多染紅細胞（PCE）中的微核。微核可位于多種細胞，但在有核細胞中難與正常核的分葉及核突出物區(qū)分，所以觀察骨髓嗜多染紅細胞。PCE指在紅細胞成熟之前，最后一次分離后數(shù)小時將主核排出的細胞，而微核仍保留在細胞質中。微核可以由染色體誘裂劑導致的染色體無著絲粒片段所構成，也可以由非整倍體誘發(fā)劑所導致的落后染色體形成。第131頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、染色體畸變測試方法（二）微核試驗遺傳毒性的常用試驗方法第132頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、染色體畸變測試方法（二）微核試驗遺傳毒性的常用試驗方法嗜多染紅細胞（PCE）通常為灰藍色，一般被形容成多云的天空。正染紅細胞（NCE）通常呈淡黃、橘黃等鮮艷明亮的顏色。微核多呈圓形，邊緣光滑整齊，直徑相當于細胞直徑的1/20~1/5，染色與核質一致，呈紫紅色或藍紫色。一個細胞內可出現(xiàn)一個或多個微核。MNNCE第133頁,共147頁，2024年2月25日，星期天二、染色體畸變測試方法（三）顯性致死試驗遺傳毒性的常用試驗方法

顯性致死指發(fā)育中的精子或卵子細胞發(fā)生遺傳學損傷，此種損傷不影響受精，但導致受精卵或發(fā)育中的胚胎死亡。顯性致死試驗以胚胎死亡為觀察重點，用于檢測受試物對動物性細胞的染色體損傷作用。由于卵子對誘變物的敏感性相對較低，而且受試物可能作用于母體動物，產(chǎn)生不利于胚胎發(fā)育的種種干擾因素，影響實驗結果的準確性。因此，一般采用僅對雄性動物染毒，然后與未處理的雌性動物交配，觀察胚胎死亡情況。但也有報道指出，有些化學物，如阿霉素、博來霉素、海恩酮等在雄性顯性致死實驗中呈陰性，但在雌性生殖細胞可誘發(fā)顯性致死。第134頁,共147頁，2024年2月25日，星期天遺傳毒性的常用試驗方法三、DNA損傷的測試方法（一）單細胞凝膠電泳試驗單細胞凝