第六章dna損傷與修復(fù)22

哺乳動(dòng)物細(xì)胞DNA損傷的發(fā)生頻率

DNA損傷類型次·細(xì)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自發(fā)性復(fù)制錯(cuò)誤堿基脫落或部分脫落活性氧紫外線電離輻射烷化劑堿基類似物修飾劑DNA第一節(jié)DNA損傷的原因及后果病原生物基因的整合物理因素化學(xué)因素4一、DNA分子的自發(fā)性損傷(一)DNA復(fù)制產(chǎn)生誤差模板

核酸外切酶活性DNA聚合酶Ⅰ

錯(cuò)配堿基5

如大腸桿菌堿基配對(duì)的錯(cuò)誤率為10-1-10-2

DNA聚合酶校正后錯(cuò)誤率為10-5-10-6

復(fù)制后經(jīng)校正系統(tǒng)校正，錯(cuò)配率為10-9左右6堿基T和G能夠以酮式或烯醇式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)堿基C和A能夠以氨基式或亞氨基式兩種互變狀態(tài)出現(xiàn)一般生理?xiàng)l件下，堿基互變平衡反應(yīng)傾向于酮式或氨基式，故A與T和C與G堿基配對(duì)

…‥（二）DNA的自發(fā)性化學(xué)變化1.堿基的異構(gòu)互變7互變異構(gòu)效應(yīng)引起不正常的堿基配對(duì)稀有形式常見形式A與T

C與GA與C

T與G82.堿基的脫氨基作用堿基的環(huán)外氨基有時(shí)會(huì)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)。復(fù)制時(shí),U與A配對(duì)、H與C配對(duì)就會(huì)導(dǎo)致子代DNA序列的錯(cuò)誤變化。(A)(H)(C)(U)93．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(diǎn)，稱為AP部位（apurine,apyrimidinesite,AP）。10復(fù)制時(shí)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(dòng)物細(xì)胞基因組中，每天每個(gè)細(xì)胞因N-糖苷鍵自發(fā)水解約丟失10000個(gè)嘌呤堿基和200個(gè)嘧啶堿基。114．堿基修飾與鏈斷裂細(xì)胞在正常生理活動(dòng)中產(chǎn)生的活性氧會(huì)造成DNA損傷，產(chǎn)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。12二、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(jià)鍵連成二聚體(T-T、C-T、C-C)，導(dǎo)致復(fù)制不能進(jìn)行。皮膚因受紫外線照射而形成二聚體的頻率可達(dá)每小時(shí)5×104／細(xì)胞紫外線不能穿透皮膚，因此損傷只局限在皮膚中紫外線照射還能引起DNA鏈斷裂等損傷13胸腺嘧啶二聚體14

(二)電離輻射引起的DNA損傷

直接效應(yīng)：DNA直接吸收射線能量而遭損傷。

間接效應(yīng)：DNA周圍其他分子(主要是水分子)吸收射線能量而產(chǎn)生具有很高反應(yīng)活性的自由基，進(jìn)而損傷DNA。15電離輻射引起DNA損傷的類型產(chǎn)生·OH自由基，導(dǎo)致堿基變化

脫氧核糖分解

DNA鏈斷裂

交聯(lián)包括DNA鏈交聯(lián)和DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)16

三、化學(xué)因素引起的DNA損傷(一)烷化劑對(duì)DNA的損傷1．堿基烷基化2.堿基脫落3．?dāng)噫?.交聯(lián)17

5-BrdU（5-BrdU-A；5-BrdU-G）

酮式烯醇式(二)堿基類似物、修飾劑對(duì)DNA的改變

亞硝酸鹽能使C脫氨基變成U（C→U）

羥胺能使T脫甲基變成C（T→C）

黃曲霉素B1(G→T)18可修復(fù)的損傷激活存活反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)損傷原因物理因素化學(xué)因素?fù)p傷程度不可逆的損傷細(xì)胞反應(yīng)細(xì)胞后果激活凋亡途徑細(xì)胞周期阻滯、修復(fù)突變、染色體畸變細(xì)胞存活細(xì)胞死亡細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化自發(fā)性各種DNA損傷19第二節(jié)DNA修復(fù)(DNArepair)

DNA修復(fù)是細(xì)胞對(duì)DNA受損傷后的一種反應(yīng)，這種反應(yīng)可能使DNA結(jié)構(gòu)恢復(fù)原樣，重新執(zhí)行原來的功能，但有時(shí)并非能完全消除DNA的損傷，只是使細(xì)胞能夠耐受這種DNA的損傷而能繼續(xù)生存。20一、錯(cuò)配修復(fù)(mismatchrepair)

校正DNA復(fù)制和重組過程中發(fā)生的堿基錯(cuò)配。錯(cuò)配的堿基可被錯(cuò)配修復(fù)酶識(shí)別后進(jìn)行修復(fù)。21錯(cuò)配修復(fù)(大腸桿菌)Mis-pairedbases22錯(cuò)配修復(fù)(大腸桿菌)232.真核細(xì)胞錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制2425

在含有錯(cuò)配堿基的DNA分子中，使正常核苷酸序列恢復(fù)的修復(fù)方式。過程：識(shí)別出不正確的鏈，切除掉不正確鏈的部分，然后通過DNA聚合酶和DNA連接酶的作用，合成正確配對(duì)的雙鏈DNA。

錯(cuò)配修復(fù)（mismatchrepair）：26遺傳性非息肉型結(jié)腸癌（hereditarynonpolyposiscolorectalcancer，HNPCC）HNPCC的臨床特征發(fā)病早(-45歲)腫瘤好發(fā)部位：結(jié)腸27HNPCC與DNA的錯(cuò)配修復(fù)基因突變有關(guān)

MSH2,MSH6,PMS1，MLH1,MSH3,PMS2.

28二、直接修復(fù)1.單鏈斷裂修復(fù)

在DNA5’-P端和3’-OH端未受損傷的情況下，連接酶能夠直接修復(fù)DNA的斷裂口。

292.光分解酶(光復(fù)活酶)直接修復(fù)二聚體形成嘧啶二聚體光復(fù)活酶結(jié)合于損傷部位酶被可見光激活修復(fù)后釋放酶303.直接修復(fù)烷基化堿基O6-甲基鳥嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶

O6-甲基鳥嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶通過將甲基從O6-甲基鳥嘌呤轉(zhuǎn)移到自身的半胱氨酸殘基上來修復(fù)DNA。314．直接插入嘌呤DNA鏈上嘌呤的脫落造成無嘌呤位點(diǎn)，能被DNA嘌呤插入酶(insertase)識(shí)別結(jié)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(yán)格配對(duì)，使DNA完全恢復(fù)。32三、堿基切除修復(fù)（baseexcisionrepair，BER）

指切除和替換由內(nèi)源性化學(xué)物作用產(chǎn)生的DNA堿基損傷。

受損堿基移除是由多個(gè)酶來完成的。

主要針對(duì)DNA單鏈斷裂和小的堿基改變及氧

化性損傷。33堿基切除修復(fù)34

四、核苷酸切除修復(fù)（nucleotideexcisionrepair，NER）

體內(nèi)識(shí)別DNA損傷最多的修復(fù)通路。

不識(shí)別任何特殊的堿基損傷，而是識(shí)別雙螺旋形狀的改變；修復(fù)時(shí)切除含有損傷堿基的那一段DNA。35以大腸桿菌為例UvrA:識(shí)別損傷部位UvrB:解旋雙鏈紫外線誘導(dǎo)uvrA、uvrB、uvrC和uvrD四種基因表達(dá)36UvrC:5ˊ末端內(nèi)切UvrB:3ˊ末端內(nèi)切37UvrD:解旋酶38核苷酸切除修復(fù)(基因組修復(fù)–人類)

39GG-NER和TC-NER的共同修復(fù)通路40核苷酸切除修復(fù)(轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)-人類)

41著色性干皮病

(Xerodermapigmentosis)是一種隱性遺傳性疾病，該病是由于患者對(duì)紫外線照射造成的核苷酸損傷切除修復(fù)缺陷所致。臨床以光暴露部位色素增加和角化及癌變?yōu)樘卣鳌?.幼年發(fā)病，常有家族發(fā)病史。2.面部等暴露部位出現(xiàn)紅斑、褐色斑點(diǎn)及斑片，伴毛細(xì)血管擴(kuò)張，間有色素脫失斑和萎縮或疤痕,皮膚干燥。數(shù)年內(nèi)發(fā)生基底細(xì)胞癌、鱗癌及惡性黑素瘤。3.皮膚和眼對(duì)日光敏感。4.病情隨年齡逐漸加重，多數(shù)患者于20歲前因惡性腫瘤而死亡。5.組織病理晚期出現(xiàn)表皮非典型性增生、日光角化及鱗癌和基底細(xì)胞癌等惡性腫瘤。42著色性干皮病患兒臉部特征43五、重組修復(fù)大腸桿菌重組修復(fù)44五、重組修復(fù)根據(jù)DNA末端連接需要的同源性分為:

同源重組修復(fù)：需要多種蛋白參與,在S/G2期起主要作用。

非同源末端連接修復(fù)：DNA分子之間不需要廣泛的同源性，在G1/G0期起主要作用。

45同源重組修復(fù)DNA雙鏈斷裂（人類）46非同源末端連接修復(fù)DNA雙鏈斷裂（人