1、第13章,DNA損傷和損傷修復(fù),第一節(jié)DNA損傷,第二節(jié)DNA損傷修復(fù),第三節(jié)DNA損傷及其修復(fù)的意義,重點難點,直接修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)和跨越損傷修復(fù)等DNA損傷修復(fù)途徑。,不僅DNA損傷，DNA損傷修復(fù)障礙同樣與腫瘤、衰老以及免疫性疾病等多種疾病的發(fā)生密切關(guān)聯(lián),1）DNA損傷的類型；2）究竟有哪些因素可引發(fā)DNA損傷；3）體外因素是通過體內(nèi)因素引發(fā)DNA損傷的。,DNA損傷,第一節(jié),一.多種因素通過不同機(jī)制導(dǎo)致DNA損傷,二.DNA損傷有多種類型,一.多種因素通過不同機(jī)制導(dǎo)致DNA損傷,DNA損傷的定義各種體內(nèi)外因素所導(dǎo)致的DNA組成與結(jié)構(gòu)的變化稱為DNA損傷（DNAdamage）,物

2、理和化學(xué)因素引發(fā)DNA的損傷,X,低波長紫外線照射致使胸腺嘧啶二聚體形成,二.DNA損傷有多種類型,DNA損傷的類型,堿基損傷,DNA斷裂,DNA交聯(lián),堿基錯配,糖基破壞,堿基損傷,化學(xué)毒性分子通過對堿基的某些基團(tuán)進(jìn)行修飾，改變堿基的理化性質(zhì)，破壞堿基的結(jié)構(gòu)。比如，亞硝酸等可導(dǎo)致堿基脫氨；在羥自由基的攻擊下，嘧啶堿基易發(fā)生加成、抽氫等反應(yīng)，導(dǎo)致堿基環(huán)破裂；具有氧化活性的物質(zhì)可造成DNA中嘌呤或嘧啶堿基的氧化修飾，形成8-羥基脫氧鳥苷或6-甲基尿嘧啶等氧化代謝產(chǎn)物。,脫氧鳥苷的氧化,糖基破壞,DNA分子中的戊糖基的碳原子和羥基上的氫可能與自由基反應(yīng)，由此戊糖基的正常結(jié)構(gòu)被破壞。,堿基錯配,堿基類

3、似物的摻入、堿基修飾劑的作用可改變堿基的性質(zhì)，導(dǎo)致DNA序列中的錯誤配對。在正常的DNA復(fù)制過程中，存在著一定比例的自發(fā)的堿基錯配發(fā)生，最常見的是組成RNA的尿嘧啶替代胸腺嘧啶摻入到DNA分子中。,DNA斷裂,DNA斷裂包括DNA單鏈斷裂和DNA雙鏈斷裂。DNA鏈斷裂是電離輻射致DNA損傷的主要形式。某些化學(xué)毒劑也可導(dǎo)致DNA鏈斷裂。堿基損傷和戊糖基破壞均是引起DNA斷裂的原因。,DNA交聯(lián),DNA損傷中有多種DNA交聯(lián)形式。DNA分子中同一條鏈中的兩個堿基以共價鍵結(jié)合，稱為DNA鏈內(nèi)交聯(lián)（DNAintrastrandcross-linking）。低波長紫外線照射后形成的嘧啶二聚體就是DNA鏈

4、內(nèi)交聯(lián)的最典型的例子。DNA分子一條鏈上的堿基與另一條鏈上的堿基以共價鍵結(jié)合，稱為鏈間交聯(lián)（DNAinterstrandcross-linking）。DNA分子還可與蛋白質(zhì)以共價鍵結(jié)合，稱為DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)（DNAproteincross-linking）。,DNA損傷修復(fù),第二節(jié),一.直接修復(fù),二.切除修復(fù),一.重組修復(fù),二.跨越損傷修復(fù),400nm光子次甲四氫葉酸FADH2T-TT+T,嘧啶二聚體的直接修復(fù),甲基化堿基的直接修復(fù),突變的結(jié)果,DNA復(fù)制,DNA復(fù)制,6-O-甲基鳥嘌呤,修復(fù)的結(jié)果,帶有活性SH基團(tuán)的甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)合在甲基化的堿基部位,甲基轉(zhuǎn)移酶將甲基結(jié)合在自身SH上，完成修

5、復(fù),甲基化后失活的甲基轉(zhuǎn)移酶,DNA連接酶,53,53,單鏈斷裂切口的直接修復(fù),二.切除修復(fù),AP位點的形成機(jī)制,核苷酸切除修復(fù),著色性干皮?。▁erodermapigmentosum，XP）,Autosomalrecessive,著色性干皮病相關(guān)基因，XPA、XPC、XPD、XPF和XPG編碼蛋白參與核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)。,人類XP相關(guān)的DNA損傷核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)缺陷基因,轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)核苷酸切除修復(fù)不僅能夠修復(fù)整個基因組中的損傷，而且還能夠修復(fù)那些正在轉(zhuǎn)錄的基因的模板鏈上的損傷，后者又稱為轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)。在轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)中，由RNA聚合酶承擔(dān)起識別損傷部位的任務(wù)。,三.重組修復(fù),XRCC,Rad

6、51,RPA,Nbs,5,5,5,5,5,5,5,3,3,3,3,3,3,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,5,3,5,3,3,3,3,3,3,1,2,3,4,5,DNA雙聯(lián)斷裂損傷部位,DNA末端加工,鏈交換,DNA合成,新合成的DNA鏈連接，交叉分離,Rad50,Mre,Rad52,Rad51B/Rad51C/Rad51DXRCC2/XRCC3,同源重組修復(fù),注釋：由黑色與灰色線條組成的DNA雙鏈為斷裂損傷的DNA雙鏈。由深藍(lán)色與淺藍(lán)色線條組成的DNA雙鏈為完好DNA雙鏈，與斷裂損傷的DNA雙鏈序列同源左

7、圖D，兩個方向的重組合成的DNA中，只有右側(cè)的酶或相關(guān)蛋白被標(biāo)示出來。左圖E,紅色線條框所示的四條DNA單鏈的交叉互補(bǔ)中，灰色的DNA單鏈與淺藍(lán)色的DNA單鏈互補(bǔ)，后者是前者合成的模版；黑色的DNA單鏈與深藍(lán)色的DNA單鏈互補(bǔ)，同樣后者是前者合成的模版。,F,B,C,D,E,A,DNA末端加工,非同源末端連接的重組修復(fù),雙鏈斷裂損傷的DNA,正常結(jié)構(gòu)的DNA（與損傷的DNA非同源）,DNA-PKcsKu,四.跨越損傷修復(fù),正在復(fù)制的DNA聚合酶遭遇尚未修復(fù)的DNA損傷，細(xì)胞自動防故障系統(tǒng)能夠使復(fù)制體繞過損傷部位繼續(xù)復(fù)制，這一機(jī)制即跨越損傷修復(fù)?？缭綋p傷修復(fù)包括重組跨越損傷修復(fù)和合成跨越損傷修復(fù)

8、。大腸桿菌重組跨越損傷修復(fù)，當(dāng)復(fù)制進(jìn)行到損傷部位時，DNA聚合酶停止向前移動，脫離受損的DNA模版，在受損DNA部位下游重新啟動復(fù)制。在新合成的子鏈DNA上的缺口，通過重組機(jī)制修復(fù)。大腸桿菌合成跨越損傷修復(fù)，其損傷部位DNA的合成是由新的DNA聚合酶或完成。合成跨越損傷修復(fù)種，跨越損傷的新的DNA聚合酶雖然依賴模板，但不依賴于堿基互補(bǔ)配對，故合成差錯率較高。跨越損傷修復(fù)是DNA損傷修復(fù)的最后一種手段，其重組酶或DNA聚合酶在應(yīng)答DNA損傷時被誘導(dǎo)表達(dá)。,重組跨越損傷修復(fù),RecA等，重組填補(bǔ)缺口,跨越損傷繼續(xù)復(fù)制,以未受損鏈為模板復(fù)制,受損部位,以損傷鏈為模板復(fù)制,合成跨越損傷修復(fù),Pol或,

9、SOS修復(fù)中LexA-RecA操縱子的作用機(jī)制,LexA基因,RecA基因,可誘導(dǎo)基因,DNA損傷部位,DNA損傷部位,DNA大范圍損傷部位,DNA損傷及其修復(fù)的意義,第三節(jié),一.DNA損傷具有雙重效應(yīng),二.DNA損傷修復(fù)障礙與多種疾病相關(guān),一、DNA損傷具有雙重效應(yīng),一是給DNA帶來永久性的改變，即突變，可能改變基因的編碼序列或者基因的調(diào)控序列。二是DNA的這些改變使得DNA不能用作復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板，使細(xì)胞的功能出現(xiàn)障礙，重則死亡。,DNA損傷的生物學(xué)后果,二、DNA損傷修復(fù)缺陷與多種疾病相關(guān),DNA損傷修復(fù)缺陷與腫瘤的發(fā)生密切關(guān)聯(lián)。DNA損傷修復(fù)缺陷與遺傳性疾病密切關(guān)聯(lián)。DNA損傷修復(fù)缺陷與免疫性疾病密切關(guān)聯(lián)。DNA損傷修復(fù)能力弱與生命衰老密切關(guān)聯(lián)。,生物多樣性依賴于DNA突變與DNA修復(fù)之間的平衡,DNA突變,DNA修復(fù),平衡,DNA損傷是指各種體內(nèi)外因素導(dǎo)致的DNA組成與結(jié)構(gòu)上的變化，主要包括堿基或戊糖基的破壞、堿基錯配、DNA單鏈或雙鏈斷裂、DNA鏈共價交聯(lián)等。DNA復(fù)制中錯配、DNA結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性、機(jī)體代謝中的有害活性分子等體內(nèi)因素，可誘發(fā)DNA損傷；物理因素、化學(xué)因素和生物因素等體外因素也均可損傷DNA。DNA損傷具有雙重生物學(xué)效應(yīng)。各種因素誘發(fā)的DNA結(jié)構(gòu)改變是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)；同時DNA的損傷也可使細(xì)胞功能出現(xiàn)障礙，與多種疾病相關(guān)。細(xì)胞擁有DNA損傷修復(fù)機(jī)制，可以