第九章 基因突變,第一節(jié) 基因突變的類型和特點,體細胞突變（somatic mutation） 生殖細胞突變（germ-line mutations）,突變類型,錯義突變：多肽鏈中相應位點發(fā)生的氨基酸的取代影響蛋白質(zhì)的功能; 中性突變（neutral mutation）多肽鏈中相應位點發(fā)生的氨基酸的取代并不影響蛋白質(zhì)的功能; 同義突變（silent mutation）DNA上密碼子改變但蛋白質(zhì)中相應位點上是相同的氨基酸，亦稱沉默突變。 移碼突變（frameshift mutation）：增加或減少非3的整數(shù)倍的堿基，使突變點之后的讀框發(fā)生改變，對應的氨基酸序列變得面目全非。 無義突變：多肽鏈中相應位點發(fā)生的氨基酸的取代錯義或移碼突變造成蛋白質(zhì)的提前終止。,第二節(jié) 突變的原因,一.自發(fā)突變（spontaneous mutations） (一) DNA復制錯誤 (二) 自發(fā)的化學變化 1. 脫嘌呤（depurination） 2. 脫氨（基）(deamination)作用 3. 氧化作用損傷堿基（oxidatively damaged bases）,(一)DNA復制錯誤,(二) 自發(fā)的化學變化 1.脫嘌呤,2.脫氨基,3.氧化損傷,過氧化物原子團（O2-）、（H2O2），（-OH）等需氧代謝的副產(chǎn)物都是有活性的氧化劑， 它們可導致DNA的氧化損傷: T氧化后產(chǎn)生T乙二醇， G氧化后產(chǎn)生8-氧-7,8二氫脫氧鳥嘌呤、 8-氧鳥嘌呤(8-O-G)或“GO”，GO可和A錯配，導致GT。,二. 誘發(fā)突變,(一) 放射線 紫外線、 X-射線、 射線、 宇宙射線 (二) 化學物質(zhì) 1.堿基類似物 (1) 5-溴尿嘧啶（5-bromouracil,5-BU） (2) 2-氨基嘌呤（2-aminopurine 2-AP） (3) 迭氮胸苷（AZT, azidothymidine） 2. 堿基的修飾劑 3.DNA的插入劑,(一) 紫外線誘發(fā)胸苷二聚體,(二) 化學物質(zhì) 1.堿基類似物,（1）5-溴尿嘧啶和T很相似，僅在第5個碳元子上由Br取代了甲基 5-BU,有酮式，烯醇式兩種異構體，可分別與A及G配對結(jié)合 。,(2) 2-氨基嘌呤(2-AP)也是堿基的類似物，有正常狀態(tài)和稀有狀態(tài)兩種異構體，可分別與T和C配對結(jié)合。當2-AP摻入到 DNA復制中時，由于其異構體的變換而導致AT G C,2. 堿基的修飾劑 (1) 亞硝酸（introus acid, NA）有氧化脫氨作用，可使G第2個碳原子上的氨脫去，產(chǎn)生黃嘌呤（xanthine,x），次黃嘌呤 (H) 仍和C配對，故不產(chǎn)生轉(zhuǎn)換突變。但C和A脫氨后分別產(chǎn)生U和次黃嘌呤H，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)換，使CG轉(zhuǎn)換成AT，AT轉(zhuǎn)換成GC,（2）羥胺只特異地和胞嘧啶起反應，在第4個C原子上加-OH，產(chǎn)生4-OH-C，此產(chǎn)物可以和A 配對，使CG轉(zhuǎn)換成TA,(3)烷化劑如甲基磺酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基磺酸甲脂（MMS）,亞硝基胍（NG）等，它們的作用是使堿基烷基化。EMS使G的第6位烷化，使T的第4位烷化，結(jié)果產(chǎn)生的O-6-E-G和 O-4-E-T分別和T、G配對，導致GC對轉(zhuǎn)換成AT對；TA對轉(zhuǎn)換成CG,3.DNA 插入劑,第三節(jié) 突變和人類疾病,1. 突變和遺傳病 2. 突變和人類的腫瘤 （一）病毒介導 帶有原癌基因（例如v-src）的逆轉(zhuǎn)錄病毒整合入靶細胞宿主基因，可引起原癌基因在反轉(zhuǎn)錄病毒啟動子控制下的表達 。 另一個機制是由于前病毒插入造成的附近細胞基因的激活，逆轉(zhuǎn)錄病毒可通過這一機理誘導細胞轉(zhuǎn)化。 （二）點突變 點突變不僅可以導致基因激活，也可以造成基因失活。突變蛋白常常只有較少的或沒有生物活性，如果功能缺失突變影響了生長抑制蛋白基因，可導致細胞過量增殖。,（三）基因擴增 基因擴增可導致基因過表達。擴增可以小到只擴增一個基因，也可以大到上百萬個?；蚪M的擴增區(qū)域通常就位于這些區(qū)域來源的位置，但也可以位于其它染色體。 許多促進增殖的基因在腫瘤中都可發(fā)現(xiàn)擴增。如神經(jīng)母細胞瘤中N-MYC的擴增和乳腺癌中周期素 D1和ERBB2的擴增。擴增倍數(shù)可以從2倍到10倍，甚至有時可達到數(shù)百倍。擴增的原癌基因可能是通過基因劑量效應而發(fā)揮作用，而不需要擴增基因調(diào)節(jié)區(qū)域的結(jié)構改變。,（四）基因缺失 原癌基因由于擴增可以引起癌變，而抑癌基因常是由于缺失引起細胞癌變。染色體缺失范圍可以很大，常常包括一整條染色體。腫瘤中的抑癌基因常常是一個等位基因缺失，另一個等位基因發(fā)生點突變導致功能缺失。 （五）染色體易位 基因重排的發(fā)生常常是染色體易位的結(jié)果。這些重排造成在細胞增殖和分化中起關鍵作用的基因失調(diào)控。染色體易位還能導致融合蛋白的形成，如慢粒的t(9;22)形成的BCR-ABL融合基因。平衡染色體易位是血液惡性腫瘤和兒童軟組織腫瘤的常見現(xiàn)象。 （六）DNA修復機制的缺陷 結(jié)腸腫瘤和其他上皮腫瘤中DNA錯配修復缺陷很常見。,（七）表觀遺傳學機制 表觀遺傳學改變（epigenetic change）是指由基因核苷酸序列以外的機制引起的可遺傳的基因表達方式的改變，包括DNA的甲基化修飾和組蛋白的修飾。組蛋白修飾包括乙?；⒓谆土姿峄?，這些修飾可以改變?nèi)旧w的結(jié)構，并引起可遺傳的基因轉(zhuǎn)錄的改變。表觀遺傳學改變是否和遺傳學改變一樣在腫瘤的發(fā)生中發(fā)揮作用已經(jīng)爭論了多年，近年的研究證實在腫瘤的發(fā)生中二者都有作用。幾乎所有類型的腫瘤都同時有CpG島應甲基化區(qū)域的甲基化缺失，一些不應甲基化的基因啟動子的CpG島被異常甲基化。 甲基化缺失在腫瘤發(fā)生中的作用可能主要有兩個。首先，在基因組正常應沉默的區(qū)域轉(zhuǎn)錄抑制減弱，使應沉默的基因出現(xiàn)不應有的表達。其次，甲基化的缺失會影響染色體結(jié)構的穩(wěn)定性，DNA的忠實復制有賴于染色體的適度甲基化。在小鼠模型發(fā)現(xiàn)DNA甲基化的缺失導致基因組的不穩(wěn)定和胸腺淋巴瘤的發(fā)生。,基因啟動子區(qū)域CpG島的甲基化是抑癌基因失活的一種機制。在腫瘤的發(fā)病中，需要抑癌基因的兩個等位基因同時失活。腫瘤兩個抑癌等位基因的失活可以都是由DNA的異常甲基化引起，也可以一個由DNA的異常甲基化引起，另一個由基因突變引起。如細胞周期相關的p16基因在許多腫瘤都有異常甲基化。而且由DNA異常甲基化引起基因沉默導致的生物學效應與由突變引起的是相似的。 組蛋白修飾也與腫瘤的發(fā)病機制相關。在一些腫瘤也發(fā)現(xiàn)了存在組蛋白的異常甲基化。 腫瘤中DNA甲基化和組蛋白脫乙?；閷У幕虺聊g是有聯(lián)系的，DNA甲基化起主導作用。過度甲基化和組蛋白脫乙?；碌幕虺聊梢酝ㄟ^DNA甲基轉(zhuǎn)移酶或者組蛋白脫乙?；敢种苿┑乃幬锸怪孓D(zhuǎn)，這可能成為未來腫瘤靶向治療的一種方法。,第四節(jié) DNA的修復機制 一.直接修復（Direct repair） (一) 復制時通過DNA聚合酶校正修復 (二)光復活反應 光復活（photoreactivation）或光修復（light repair）：光裂合酶（photolyase),也稱光復活酶，由phr 基因編碼 (三)烷基轉(zhuǎn)移酶（Alkyltransferases）,(一) 一般切除修復 切除修復(excixion-repair)：是一種暗修復（dark repair） 切除修復缺陷引起的疾?。?著色性干皮?。╔eroderma pigmentosum）是人類一種切除修復酶的缺陷，患者的暴露部位易發(fā)生色素沉著，皮膚萎縮，角化過度和癌變，大部分患者在30歲前可能死于皮膚癌。由此可見切除修復系統(tǒng)的作用非常重要。,二 切除修復（excixion-repair）,切,封,補,在E.coli中的切除修復系統(tǒng),損傷：突變的堿基錯配改變DNA結(jié)構,剪切：內(nèi)切酶在損傷堿基位點兩側(cè)剪切,切除：外切酶除去切口間的DNA,合成：DNA pol 合成取代DNA,連接酶封閉缺口,Uvr系統(tǒng)在修復各階段中的作用： UvrAB識別損傷； UvrBC在DNA上切一缺口； UvrD使被標記區(qū)解旋,(二) 特殊切除修復途徑,1. 糖基酶修復途徑 DNA糖基酶（glycosylases）并不能剪切磷酸二酯鍵，但可以剪切N-糖苷鍵。釋放出改變了的堿基，產(chǎn)生一個無嘌呤（apurinic）和無嘧啶（apyrimidinic）位點-AP位點。這樣再經(jīng)過AP內(nèi)切酶切割磷酸二酯鍵，再由DNA Po1合成進行修復，最后由連接酶連接。 DNA糖基酶有很多種，其中之一是尿苷-DNA糖基酶，它可從DNA上切除尿苷，C因自發(fā)脫氨基而產(chǎn)生U，若不修復此可能導致CT的轉(zhuǎn)換。實際上在DNA中只有AT配對而沒有AU配對，這是由于偶爾摻入的U可被識別和切除之故。若U是DNA中的正常成份，那么這種修復就無需要了。 還有一種糖基酶，它可識別和切除由A脫氨而產(chǎn)生的次黃嘌呤（H）。另一些糖基酶可切除被烷化的堿基（例如3-m-A, 3-m-G和7-m-G）、開環(huán)嘌呤、氧化損傷的堿基以及在某些生物中的UV光化二聚體。一些新的糖基酶仍不斷被發(fā)現(xiàn)。 2. AP核酸內(nèi)切酶修復途徑 AP位點 :無嘌呤（apurinic）和無嘧啶（apyrimidinic）位點,DNA糖基酶,AP內(nèi)切酶,三、復制后修復,(一) 錯配修復（mismatch repair） (1) 識別錯配堿基對； (2) 對錯配的堿基區(qū)別哪一個堿基是錯的， 哪一個是對的； (3) 切除錯誤的堿基，并進行修復合成。,MutS,MutL,MutS,MutH,MutS識別錯配 位點,并移動到 GATC位點。 MutH在GATC 位點剪切非甲 基化鏈，內(nèi)切酶從GATC到錯配位點降解 DNA,(二)重組修復（recombination-repair）,在E.coli中的重組修復系統(tǒng),(三) SOS修復系統(tǒng),SOS 反應是細胞DNA 受到損傷或復制系統(tǒng)受到抑制的緊急 情況下，為求得生存而出現(xiàn)的應急效應。 SOS修復是一種差錯傾向修復（Error prone repair）。 UV 感染 細菌(用UV照射過) 存活率高 噬菌體 細菌(UV未照射過) 存活率低 UV-復活（UV-reactivation），也稱SOS反應（SOS response）,SOS 反應是由Rec A 蛋白和Lex A 阻遏物相互作用引起的。Rec A 蛋白在同源重組中起重要作用，也是SOS 反應最初發(fā)動的因子。在有單鏈DNA 和ATP 存在時，Rec A 蛋白被激活而表現(xiàn)出蛋白水解酶活性，能分解Lex A 蛋白。Lex A 蛋白是許多基因的阻遏物。當它被水解后可使一系列基因得以表達，其中包括修復基因uvrA、uvrB、uvrC，以及Rec A 和Lex A 本身，編碼單鏈結(jié)合蛋白SSB 的基因、與誘變作用有關的基因umu DC，與細胞分裂有關的基因以及一些功能還不清楚的基因。SOS 反應廣泛存在于原核和真核生物，它是生物在不利環(huán)境中求得生存的一種能力。 SOS 反應的結(jié)果主要包括