-第六章損傷與修復-5年制課件

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第六章DNA損傷與修復

DNAdamageandrepair曾海濤中南大學生物科學與技術學院分子生物學研究中心2

哺乳動物細胞DNA損傷的發(fā)生頻率

DNA損傷類型次·細胞-1·天–1單鏈損傷55000脫嘌呤10000脫嘧啶200O6甲基鳥嘌呤3100胞嘧啶脫氨基200胸腺嘧啶乙二醇270胸苷乙二醇703第一節(jié)DNA損傷的原因及后果電離輻射氧自由基烷化劑復制錯誤堿基類似物紫外線4一、DNA分子的自發(fā)性損傷(一)DNA復制產生誤差模板核酸外切酶活性DNA聚合酶Ⅰ

錯配堿基5

如大腸桿菌堿基配對的錯誤率為10-1-10-2DNA聚合酶校正后錯誤率為10-5-10-6復制后經校正系統(tǒng)校正,錯配率為10-9左右6（二）DNA的自發(fā)性化學變化1.堿基的異構互變DNA分子中的4種堿基各自的異構體間都可以自發(fā)地相互變化(例如酮式-烯醇式或氨基-亞氨基之間的結構互變),使配對堿基間的氫鍵改變。92.堿基的脫氨基作用堿基的環(huán)外氨基有時會自發(fā)脫落,從而胞嘧啶(C)變成尿嘧啶(U),腺嘌呤(A)變成次黃嘌呤(H)、鳥嘌呤（G）變成黃嘌呤(X)等。復制時,U與A配對、H與C配對就會導致子代DNA序列的錯誤變化。103.脫嘌呤與脫嘧啶即堿基脫落，是指從DNA上丟失了嘌呤或嘧啶，形成無堿基位點，稱為AP部位（apurine,apyrimidinesite,AP）。11復制時可以插入任何核苷酸。脫落堿基后的脫氧核糖3’端的磷酸二酯鍵易被水解,造成DNA鏈斷裂。在哺乳動物細胞基因組中,每天每個細胞因N-糖苷鍵自發(fā)水解約丟失10000個嘌呤堿基和200個嘧啶堿基。124.堿基修飾與鏈斷裂細胞在正常生理活動中產生的活性氧會造成DNA損傷，產生胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等堿基修飾物，還可引起DNA單鏈斷裂等損傷。每個哺乳類細胞每天DNA單鏈斷裂發(fā)生的頻率約為五萬次。13二、物理因素引起的DNA損傷(一)紫外線照射引起的DNA損傷同一條DNA鏈相鄰嘧啶以共價鍵連成二聚體(T-T、C-T、C-C),導致復制不能進行。14胸腺嘧啶二聚體胸腺嘧啶-胞嘧啶二聚體15(二)電離輻射引起的DNA損傷直接效應:DNA直接吸收射線能量而遭損傷；間接效應:DNA周圍其他分子(主要是水分子)吸收射線能量而產生具有很高反應活性的自由基，進而損傷DNA。16電離輻射引起DNA損傷的機理間接作用直接作用17電離輻射引起DNA損傷的類型產生·OH自由基,導致堿基變化

脫氧核糖分解

DNA鏈斷裂

交聯包括DNA鏈交聯和DNA-蛋白質交聯18

三、化學因素引起的DNA損傷(一)烷化劑對DNA的損傷1.堿基烷基化2.堿基脫落3.斷鏈4.交聯19鳥嘌呤胞嘧啶O6-乙基鳥嘌呤胸腺嘧啶堿基烷基化

堿基烷基化烷化劑很容易將烷基加到DNA鏈中嘌呤或嘧啶的N或O上,烷基化的嘌呤堿基配對會發(fā)生變化。20雙功能基烷化劑,化學武器氮芥、硫芥等抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等致癌物如二乙基亞硝胺等同時使兩個位點烷基化21

5-BrdU（5-BrdU-A；5-BrdU-G）酮式烯醇式(二)堿基類似物、修飾劑對DNA的損傷

亞硝酸鹽能使胞嘧啶脫氨基變成尿嘧啶（C→U）

羥胺能使胸腺嘧啶脫甲基變成胞嘧啶（T→C）

黃曲霉素B(G→T)22四、DNA損傷的后果

1.點突變(pointmutation)2.缺失(deletion)3.插入(insertion)4.倒位或轉位(transposition)5.DNA斷裂(DNAbreak)2324第二節(jié)DNA修復主要類型:錯配修復直接修復光裂合酶修復切除修復重組修復跨損傷修復(SOS修復)

25一、錯配修復錯配修復可校正DNA復制和重組過程中發(fā)生的堿基錯配。錯配的堿基可被錯配修復酶識別后進行修復。261.E.coli錯配修復機制錯配修復系統(tǒng)組成（Mismatchrepairsystem）DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)解旋酶Helicase、SSB.外切核酸酶(Ⅰ、Ⅶ、X和RecJ)、DNApolymeraseⅢ、連接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutS,L,H掃描新生鏈中錯配堿基識別新生鏈中非m6A的GATC序列酶切含錯配堿基的DNA區(qū)段27錯配修復

28錯配修復(大腸桿菌)Mis-pairedbases29錯配修復(大腸桿菌)302.真核細胞錯配修復機制31二.直接修復1.單鏈斷裂修復DNA單鏈斷裂是損傷的一種常見形式,可以通過DNA連接酶的重接而修復。

322.光分解酶(光復活酶)直接修復二聚體形成嘧啶二聚體光復活酶結合于損傷部位酶被可見光激活修復后釋放酶333.直接修復烷基化堿基O6-甲基鳥嘌呤甲基轉移酶344.直接插入嘌呤DNA鏈上嘌呤的脫落造成無嘌呤位點，能被DNA嘌呤插入酶(insertase)識別結合，催化游離的嘌呤堿基與DNA無嘌呤部位形成糖苷鍵。且催化插入的堿基有高度專一性、與另一條鏈上的堿基嚴格配對，使DNA完全恢復。35三、堿基切除修復（baseexcisionrepair,BER）指切除和替換由內源性化學物作用產生的DNA堿基損傷,是切除修復的一種。受損堿基移除是由多個酶來完成的。主要針對DNA單鏈斷裂和小的堿基改變及氧化性損傷。36堿基切除修復37四、

核苷酸切除修復（nucleotideexcisionrepair）

體內識別DNA損傷最多的修復通路主要修復可影響堿基配對而扭曲雙螺旋結構的DNA損傷,修復時切除含有損傷堿基的那一段DNA。38核苷酸切除修復(大腸桿菌)UvrA:識別損傷部位UvrB:解旋雙鏈,3’末端內切紫外線誘導uvrA、uvrB.uvrC和uvrD四種基因表達39UvrC:5’末端內切40UvrD:解旋酶41核苷酸切除修復(基因組修復–以人為例)42核苷酸切除修復(轉錄偶聯修復-以人為例)43GG-NER和TC-NER的共同