遺傳毒理學(xué)

GeneticToxicology

北京大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院毒理學(xué)系郝衛(wèi)東遺傳毒理學(xué)

GeneticToxicology北京大學(xué)遺傳毒理學(xué)

(GeneticToxicology)是研究化學(xué)、物理因素對(duì)遺傳物質(zhì)（DNA）及活細(xì)胞遺傳過(guò)程的作用，以及人類(lèi)接觸致突變物可能引起健康效應(yīng)的學(xué)科。遺傳毒理學(xué)主要研究致突變的作用機(jī)理，應(yīng)用檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和探究致突變物，提出評(píng)價(jià)致突變物健康危害的方法。遺傳毒性（genetictoxicity）指對(duì)基因組的損害能力，

包括對(duì)基因組毒作用引起的致突變性及其他不同效應(yīng)。致突變性（mutagenicity）指引起遺傳物質(zhì)發(fā)生突變的

能力，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)群體中突變率可以定量檢測(cè)。遺傳毒

性的概念更為廣泛，它包括致突變性。遺傳毒理學(xué)(GeneticToxicology)突變(mutation)：遺傳結(jié)構(gòu)本身的變化及引起的變異，是遺傳物質(zhì)的一種可遺傳的變異。自發(fā)突變(spontaneousmutation)誘發(fā)突變(inducedmutation)

化學(xué)致突變作用(chemicalmutagenesis)

誘變劑(mutagen)

直接誘變劑(direct-actingmutagen)

間接誘變劑(indirect-actingmutagen)突變(mutation)：遺傳結(jié)構(gòu)本身的變化及引起的變異，死亡

中毒，患病

亞臨床變化

體內(nèi)過(guò)量負(fù)荷

致突變作用

致癌作用毒作用效應(yīng)譜(spectrumoftoxiceffects)

死亡中毒，患病亞臨床變化體內(nèi)過(guò)量負(fù)荷藥物遺傳毒性評(píng)價(jià)藥物遺傳毒性評(píng)價(jià)致突變作用的分類(lèi)

基因突變（genemutation)base-pairsubstitutionmutationframeshiftmutation

染色體突變(chromosomemutation)chromosomeaberrationchromatridaberration

基因組突變(genomicmutation)aneuploideuploid致突變作用的分類(lèi)基因突變（genemutation)ATC堿基置換示意圖GGC基因突變GTGACGATCATATATATC堿基置換示意圖GGC基因突變GTGACGATCATAT北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件致突變作用的分類(lèi)

基因突變（genemutation)base-pairsubstitutionmutation

frameshiftmutation

染色體突變(chromosomemutation)

基因組突變(genomicmutation)

致突變作用的分類(lèi)基因突變（genemutation)北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件致突變作用的分類(lèi)

基因突變（genemutation)

染色體突變(chromosomemutation)chromosomeaberrationchromatridaberration

基因組突變(genomicmutation)aneuploideuploid致突變作用的分類(lèi)基因突變（genemutation)北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件致突變作用的分類(lèi)

基因突變（genemutation)

染色體突變(chromosomemutation)

基因組突變(genomicmutation)aneuploideuploid致突變作用的分類(lèi)基因突變（genemutation)不同物種動(dòng)物的染色體數(shù)目

物種體細(xì)胞(2n)性細(xì)胞(n)物種體細(xì)胞(2n)性細(xì)胞(n)

人4623貓3819

大鼠4221兔4422

小鼠4020狗7839不同物種動(dòng)物的染色體數(shù)目致突變作用機(jī)制

基因突變、染色體畸變

DNA損傷

非整倍體、整倍體

有絲分裂或減數(shù)分裂器損傷致突變作用機(jī)制基因突變、染色體畸變北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件致突變作用機(jī)制

基因突變、染色體畸變

DNA損傷

非整倍體、整倍體

有絲分裂或減數(shù)分裂器損傷致突變作用機(jī)制基因突變、染色體畸變對(duì)紡錘體的毒作用機(jī)制與微管蛋白二聚體結(jié)合，妨礙微管的正確組裝，發(fā)生細(xì)胞分裂完全抑制。如秋水仙堿、長(zhǎng)春花堿、長(zhǎng)春新堿等。與微管上的巰基結(jié)合，細(xì)胞分裂不完全抑制。如鉛、鋅、汞、砷等。破壞已組裝好的微管。如灰黃霉素、秋水仙堿、乙酰甲基秋水仙堿、長(zhǎng)春花堿可導(dǎo)致組裝好的微管解聚；毛地黃皂苷能通過(guò)非特異的蛋白質(zhì)變性作用而破壞微管；異丙基－N－氨基甲酸苯酯和其它氨基甲酸酯能使微管失去定向能力。妨礙中心粒移動(dòng)。秋水仙堿能妨礙有絲分裂早期兩對(duì)中心粒的分離和移向兩極。對(duì)紡錘體的毒作用機(jī)制DNA損傷DNA損傷感受器DNA修復(fù)轉(zhuǎn)錄應(yīng)答DNA損傷關(guān)卡凋亡DNA損傷DNA損傷感受器DNA修復(fù)轉(zhuǎn)錄應(yīng)答DDNA損傷修復(fù)途徑直接修復(fù)

光復(fù)活–嘧啶二聚體、6-4光化合物

O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤–DNA甲基轉(zhuǎn)移酶修復(fù)-O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤切除修復(fù)

堿基切除修復(fù)–嘧啶二聚體，氧化損傷，輻射、烷化劑引起的損傷核苷切除修復(fù)–底物范圍寬錯(cuò)配堿基修復(fù)–錯(cuò)配堿基雙鏈斷裂修復(fù)

同源重組–雙鏈斷裂非同源末端連接–雙鏈斷裂交聯(lián)修復(fù)–DNA鏈內(nèi)交聯(lián)DNA損傷修復(fù)途徑估計(jì)的人類(lèi)內(nèi)源性DNA損傷和修復(fù)過(guò)程

損傷類(lèi)型損傷發(fā)生率最大修復(fù)速度

脫嘌呤1000a

脫嘧啶55a

胞嘧啶脫氨15a

單鏈斷裂50002×105N7—甲基化鳥(niǎo)嘌呤3500aO6—甲基化鳥(niǎo)嘌呤130104

氧化性產(chǎn)物120

105注：損傷發(fā)生率以每小時(shí)每細(xì)胞發(fā)生次數(shù)計(jì)，最大修復(fù)速度以每小時(shí)每細(xì)胞修復(fù)的堿基對(duì)數(shù)計(jì)，a指雖已測(cè)出實(shí)際的值，但估計(jì)最大修復(fù)速度為發(fā)生率的2倍以上

估計(jì)的人類(lèi)內(nèi)源性DNA損傷和修復(fù)過(guò)程損傷類(lèi)型致突變作用的不良后果哺乳動(dòng)物誘發(fā)突變體細(xì)胞突變生殖細(xì)胞突變動(dòng)脈粥未知衰老腫瘤畸胎顯性致死出生缺陷樣硬化疾?。ㄅ咛ソ樱ú豢蛇z傳遺傳負(fù)荷觸毒物）的改變）先天疾病

(基因突變小的缺失平衡易位)給有效劑量的誘變劑致突變作用的不良后果哺乳動(dòng)物給有效劑量的誘變劑致癌作用多階段模式圖致癌作用多階段模式圖化學(xué)因素物理因素生物因素環(huán)境因素原癌基因

癌基因

原癌基因點(diǎn)突變?cè)┗驍U(kuò)增染色體易位與基因重排原癌基因抑制解除原癌基因缺失化學(xué)因素環(huán)境因素原癌基因

人類(lèi)單基因遺傳病病種歷年增加趨勢(shì)

1966196819711975197819831986

常染色體顯性8377939431215148918272201

常染色體隱性531629783947111712981420

X連鎖119123150171205243286合計(jì)1487154518762336281133683907

人類(lèi)單基因遺傳遺傳性疾病發(fā)生率在新生兒中

1％患有染色體顯性突變的疾病(如家族性息肉、多發(fā)性神經(jīng)纖維瘤等)0.25％患者有常染色體隱性突變的疾病(如著色性干皮病、苯丙酮尿癥等)0.5%患有性連鎖的疾病(如假肥大性肌營(yíng)養(yǎng)障礙、血友病等)0.4%的患有與易位及非整倍體等染色體異常有關(guān)的疾病

3％－6％的新生兒患先天畸形如果包括那些通常要在晚些時(shí)候才發(fā)生的和遺傳有關(guān)的多病因疾病，如心臟病、高血壓和糖尿病等，受影響的人群比例可達(dá)60％以上。

遺傳性疾病發(fā)生率在新生兒中致突變作用的不良后果哺乳動(dòng)物誘發(fā)突變體細(xì)胞突變生殖細(xì)胞突變動(dòng)脈粥未知衰老腫瘤畸胎顯性致死出生缺陷樣硬化疾?。ㄅ咛ソ樱ú豢蛇z傳遺傳負(fù)荷觸毒物）的改變）先天疾病

(基因突變小的缺失平衡易位)給有效劑量的誘變劑致突變作用的不良后果哺乳動(dòng)物給有效劑量的誘變劑遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)

基于表型改變撿測(cè)基因突變及小缺失：通過(guò)細(xì)胞學(xué)的方法觀察大的染色體損傷；直接檢測(cè)DNA損傷（如DNA加合物測(cè)定，DNA鏈斷裂測(cè)定等)或間接反映DNA損傷(如DNA損傷修復(fù)發(fā)生的檢測(cè)等）的試驗(yàn)方法。

目的：評(píng)價(jià)遺傳危害性預(yù)測(cè)致癌性分類(lèi)：基因突變?cè)囼?yàn)(assaysforgenemutation)

染色體損傷試驗(yàn)(assaysforchromosomedamage)

非整倍體試驗(yàn)(assaysforaneuploidy)DNA損傷的試驗(yàn)(assaysforDNAdamage)遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)基于表型改變撿測(cè)基因突變及小缺遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)的基本類(lèi)型遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)的基本類(lèi)型

細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)Bacterialreversemutationassay

-AmesTest細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件Ames試驗(yàn)原理鼠傷寒沙門(mén)氏菌組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型原養(yǎng)型(his+)突變株(his-)±代謝活化系統(tǒng)受試物

正向突變回復(fù)突變Ames試驗(yàn)原理正向突變回復(fù)突變Ames試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)菌株的基因型菌株組氨酸靶部位的DNA序列其他基因標(biāo)志突變部位野生型突變型TA1537C3076-GGGG-在G：C重復(fù)區(qū)域rfa,△uvrB-CCCC-移碼突變TA97hisD6610-GGGGGG-在G：C重復(fù)區(qū)域rfa,△uvrB,pKM101-CCCCCC-移碼突變TA98hisD3052-ACC-GCC-CGG-CAG-G--ACC-GCC-GGC-AGG-rfa,△uvrB,pKM101-TGG-CGG-GCC-GTC-C--TGG-CGG-CCG-TCC-TA1535hisG46-GAG--GGG-rfa,△uvrB-CTC--CCC-TA100hisG46-GAG--GGG-rfa,△uvrB,pKM101-CTC--CCC-TA102hisG428-CAA--TAA-rfa,pKM101(pAQ1)-GTT--ATT-TA104hisG428-CAA--TAA-rfa,△uvrB-GTT--ATT-pKM101(pAQ1)Ames試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)菌株的基因型菌株組氨酸Ames測(cè)試菌株的遺傳特性

特性選作測(cè)試菌株的理由

raf改變細(xì)菌莢膜脂多糖屏障,使致突變物有更大的通透性

△uvrB切除修復(fù)系統(tǒng)缺失,增加對(duì)很多致突變物的敏感性

pKM101

增強(qiáng)對(duì)某些其活性依賴(lài)于SOS系統(tǒng)的致突變物的敏感性

pAQ1pAQ1上hisG428的回復(fù)性可被測(cè)試Ames測(cè)試菌株的遺傳特性

僅誘發(fā)一種菌株回變的化學(xué)物數(shù)

時(shí)間總數(shù)TA98TAl00TAl535TAl537TAl538WP2uvrA

1979—19871051431138142

(100％)(13.3％)(29.5％)(12.4％)(7.6％)(13.3%)(23.8％)1985—198917433623014未測(cè)35

(100％)(19.0％)(35.6％)(17.2％)(8.0％)(20.1％)

僅誘發(fā)一種MaronandAmes(1983)

TA97;TA98;TA100;TA102ICH

TA98;TA100;TA1535;TA1537或TA97或

TA97a;TA102或E.coliWP2uvrA或

E.coliWP2uvrA(pKM101)MaronandAmes(1983)Ames試驗(yàn)原理鼠傷寒沙門(mén)氏菌組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型原養(yǎng)型(his+)突變株(his-)±代謝活化系統(tǒng)受試物

正向突變回復(fù)突變Ames試驗(yàn)原理正向突變回復(fù)突變北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件北京大學(xué)《藥物毒理學(xué)》5遺傳毒理學(xué)1課件真核細(xì)胞與原核細(xì)胞DNA的特征

真核細(xì)胞原核細(xì)胞

主要是二倍體主要是單倍體

DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合構(gòu)成染色體未與蛋白質(zhì)復(fù)合

DNA主要存在于細(xì)胞核中DNA在細(xì)胞質(zhì)中不固定

DNA是在有絲分裂特定時(shí)期中復(fù)制DNA復(fù)制不表現(xiàn)出形態(tài)學(xué)分期叫A包含在線性染色體中DNA常形成一圈染色體復(fù)制與分離須依賴(lài)名為復(fù)制與細(xì)胞器無(wú)關(guān)中心粒的細(xì)胞器常見(jiàn)重復(fù)的無(wú)功能的基因序列DNA中全部編碼基因都有功能

DNA模型