DNA损伤与修复.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第六章,DNA,损伤与修复,DNA damage and repair,分子生物学研究中心,第一节,DNA,损伤的原因及后果,电离辐射,可见光,氧自由基,H,+,烷化剂,8-oxoG,P/P,复制错误,核苷类似物,m,C,U,DNA,损伤类型,碱基脱落,碱基修饰,&,去氨基化,化学修饰,光损伤,链内交联,DNA-,蛋白质 交联,DNA,链断裂,DNA,重组,缺失碱基位点,化学损伤,甲基化,甲基化,甲基化,氧化损伤,氧化损伤,DNA,受到大剂量紫外线照射时，形成二聚体,紫外线可引起,DNA,的交联,DNA,与蛋白质的交联。,电离辐射引起,DNA,损伤的机理,电离辐射引起,DNA,损伤的机制,自由基损害,损伤,DNA,修复系统,MCI,假说,电离辐射引起,DNA,损伤的类型,产生,OH,自由基，导致碱基变化,脱氧核糖分解,DNA,链断裂,DNA,链、蛋白质的交联,电离辐射导致,DNA,链的断裂,单链断裂：,无差错修复,双链断裂：,错误修复,C,烷化剂引起,DNA,损伤,碱基烷基化,:G,C A,T,碱基脱落,:,甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤,7,N,烷基化，活化,糖苷键，连,接,碱,基,与,五碳糖,间,的共,价键变,弱，容易折,断,缺,失碱,基，,造成脱嘌呤作用。,导致,DNA,断链,:,磷酸二酯键上的氧被烷基化,导致,DNA,链交联,5-BrdU,（酮式,-A,；烯醇式,-G,）,碱基类似物、修饰剂对,DNA,的改变,亚硝酸盐氧化脱氨（,CU,）,羟胺脱甲基（,TC,）,黄曲霉素,B,（攻击碱基）,DNA,自发性损伤,碱基错配,Mismatch,互变异构移位,脱氨基作用,(,环外氨基,),碱基丢失,自发水解,碱基修饰与链断裂,碱基异构式引起,DNA,复制的错配,错误配对,G(k)T(e),A(a),C(i),A(i),C(a),G(e),T(k),G(k)C(a),正确配对,A(a)T(k),环出效应,其它因素引起,DNA,损伤,吖啶类化合物,:,吖啶橙,扁平染料分子,(,不等交换,),氧自由基,(,加成反应,小自由基反应,),DNA,损伤的后果,信号传导异常,长时辰效应,老化,肿瘤,疾病,DNA,修复机制,短期效应,异常增生和代谢,生理功能紊乱,细胞死亡,细胞增殖减少,基因表达异常,基因组不稳定,DNA,损伤后分子的最终改变,点突变,：转换与颠换,缺失,插入,倒位或转位,DNA,断裂,DNA,重排,DNA,分子内发生较大片段的交换，可以在同一染色体的两条链间发生，也可在不同染色体之间发生，可以是原来的方向或颠倒的方向。,第二节,DNA,修复,DNA,的修复主要类型,:,直接修复,光裂合酶修复,切除修复,重组修复,跨损伤修复,(SOS,修复,),常见的,DNA,损伤及其修复机制,DNA,损伤因素,DNA,损伤类型,修复机制,X,射线、氧自由基、烷化剂,自发脱碱基,单链断裂、无碱基位点、氧化性碱基（如,8-,氧鸟嘌呤）脲嘧啶,碱基切除修复,紫外线和多环芳烃,环丁烷嘧啶二聚体等大的紫外线光产物和稳定的多环芳烃化合物等大分子,DNA,加合物,核苷酸切除修复,抗癌药（如顺铂和丝裂霉素）,双链断裂和链间交联,双链断裂修复（同源重组修复和末端连接）,复制错误和烷化剂,碱基错配和缺失（插入）,错配修复,（,1,）,DNA,断裂口直接修复：,在,DNA 5-P,端和,3-OH,端未受损害的情况下，连接酶能够直接修复,DNA,的断裂口。,（,2,）,DNA,紫外线损伤的光复合酶直接修复,（,3,）烷基化碱基的直接修复,在 大肠杆菌中的,Ada,酶，可修复甲基化的碱基和甲基化的磷酸二酯键。,碱基切除修复,指切除和替换由内源性化学物作用产生,的,DNA,碱基损伤,是切除修复的一种。,受损碱基移除是由多个酶来完成的。,主要针对,DNA,单链断裂和小的碱基改变,及氧化性损伤。,(4)Base Excision Repair,DNA,的损伤的切除修复,碱基缺陷或错配,碱基丢失,结构缺陷,切开,核酸内切酶,核酸外切酶,切除,DNA,聚合酶,DNA,连接,酶,AP,核酸内切酶,核酸外切酶,切开,切除,修复,连接,糖苷酶,插入酶,碱基取代,核苷酸切除修复,体内识别,DNA,损伤最多的修复通路,主要修复扭曲双螺旋结构的,DNA,损伤以及阻断基因转录和不识别任何特殊的碱基损失，而是识别双螺旋形状的改变。,不识别任何特殊的碱基损失，而是识别双螺旋形状的改变；修复时切除含有损伤碱基的那一段,DNA,。,(5),核苷酸切除修复,(,大肠杆菌,),核苷酸切除修复,(,基因组修复,人,),核苷酸切除修复,(,转录偶联修复,-,人类,),GGR,和,TCR,的共同修复通路,错配修复,校正活性所漏校的碱基,使复制的保真性提高,10,2,10,3,倍,错配修复系统,(MRS,Mismatch,Repair,System),DNApol(=10,-8,),经第二次校正,=10,-11,错配修复系统组成（,Mismatch repair system,）,DNA,腺嘌呤甲基化酶,(m6A,甲基化酶,),DNA polymerase,填补单链,DNA,缺口,Helicase SSB,外切核酸酶,(,和,),连接酶,MCE(mismatch correct enzyme),3 subunits mut H,L,S,扫描新生链中错配碱基,识别新生链中非,m,6,A,的,GATC,序列,酶切含错配碱基的,DNA,区段,错配修复,错配修复,大肠杆菌,DNA,甲基化位点,新合成的,DNA,Mis-paired bases,错配修复,重组修复机制,重,组,修,复,DNA,于复制时会,越,过,受,损区域,进行复制,经,重,组,修,复,，,受,损,的,DNA,仍然存在,于子代的,一个细胞中。,重,组,修,复,不,会,浪,费时间,，重,组,修,复,可,让负伤,的,DNA,在细,胞中仍可,照常,进,行分裂,。,非同源末端连接,：,DNA,分子之间不需要广泛的同源性，主要是在免疫球蛋白重组时对,DNA,双链进行连接，在细胞有丝分裂,G,1,/G,0,期起主要作用。,重组修复,根据,DNA,末端连接需要的同源性，分为,同源重组,：需要多种蛋白参与；也修复,DNA,复制中的差错；在减数分裂、细胞有丝分裂后期,S/G2,期起主要作用。,(7),SOS,修复,Irradiation of bacteria before virus infection enhanced repair of damaged viral genes but led to mutations.,UV,UV,d T4 phage,E.coli,Few surviving phage,UV,d T4 phage,E.coli,Higher frequency of surviving,phage,but many mutants.,SOS,修复,诱导,DNA,聚合酶活性,LexA,(,一种,DNA,结合抑制蛋白,),umuC,和,umuD,编码,DNA,聚合酶活性,允许复制跨过 损伤位点,常插入一个或几个,A,碱基,.,AGCTAGTCAT/TCAGTC,AGCTAGTCAT/TCAGTC,TCGATCA,NNNN,GTCAG,Replication stops,at T/T dimer,Error-prone polymerase allows,replication to proceed,albeit,inaccurately,SOS response,:,RecA-P,的三种功能,a,、,DNA,重组活性,b,、与,S.S.DNA,结合活性,c,、少数蛋白的,proteinase,活性,当,DNA,正常复制时,（无复制受阻，无,DNA,损伤，无,TT dimer,）,RecA-p,不表现,proteinase,活性,当,DNA,复制受阻,/DNA damaged,细胞内原少量表达的,RecA-p,与,S.S,DNA,结合,激活,RecA-p,的,proteinase,活性,修复损伤,LexA-p,降解,RecA-p,高效表达,SOS open,当,DNA,复制度过难关后,RecA-p,很快消失,LexA gene on,SOS off,SOS,修复,DNA,复制,不很,严,格,，新合成的,DNA,容易造成,错误产,生突,变,。,线粒体损伤和修复,线粒体的氧化损伤,:,单链断裂、双链断裂、碱基修饰、,DNA,交联、烷化损伤,线粒体的损伤修复：,碱基切除修复、错配修复,DNA,修复,维持,DNA,序列的保真性；,可在复制前后进行；,有多种修复机制来纠正,DNA,损伤；,DNA,修复失败可能导致突变和肿瘤。,细胞周期检查点控制,真核生物细胞,DNA,受到损伤时细胞除了诱导修复基因的转录外，还可暂时阻断细胞周期，防止受损,DNA,继续复制，如无法修复，则可诱导细胞进入凋亡。这些都是细胞通过细胞周期检查点控制（,checkpoint control,，又称关卡控制）对,DNA,损伤的应答反应。,酵母细胞的细胞周期检查点控制机制,DNA,损伤在,S,期,DNA,损伤在,G,1,和,G,2,期,G,1,S,G,2,M,POL2,RFC5,DPB11,RAD9,RAD17,RAD24,MEC3,MEC1,TEL1,RAD53,哺乳类动物的细胞周期检查点控制机制,DNA,损伤,P21,Gadd 45,Bax,P53,CDK/cyclin,Gadd45 Gadd45-PCNA,Blocking cell cycle,Excision repairing,Cell apoptosis,第三节,DNA,损伤和修复的生物参考标志,一、甲基化损伤修复相关基因,甲基转移酶（,MGMT,）把,O,6,-,甲基鸟嘌呤的甲基转移到自身的半胱氨酸残基上，修复甲基化的,DNA,。,MGMT,突变可作为甲基化损伤的基因型标记物。,二、切除修复相关的酶和基因,尿嘧啶糖基化酶为主要的始动因素，,可,作为,DNA,损伤的生物标记物。,大肠杆菌,Uvr,基因家族、人,ecrr,基因和切除修复基因等,三、错配修复相关基因,MSH2,、,MLH1,等蛋白参与,错配修复，而错配修复的缺陷往往是癌变的第一步。,错配修复基因：,Muthls,系统、人类的,hmsh2/3,、,hpmsl1/2,、,Mutsa,、,msh6,。,错配修复基因的微卫星序列的不稳定性,（,microsatellite instability,，,MI,）,四、,DNA,聚合酶,DNA,聚合酶,参与辐射损伤和化学损伤的,修复，并对细胞的生长具有调节作用。,DNA,聚合酶,的突变可导致碱基切除修复功能的缺陷,。,五、,DNA,加合物也可作为修复功能的生物标记物,DNA,加合物可作为,DNA,损伤的暴露标记物和效应标记物，其去除的速度也可作为,DNA,修复功能的生物标记物。,DNA,损伤和修复的生物学意义,避免基因组的不稳定性、癌症和细胞死亡是至关重要的。,DNA,修复途径可以识别和修复特异的,DNA,损伤，保证生物物种的遗传稳定性。,与,DNA,修复,有,关,的人,类遗传,疾病：,着,色性,干,皮病,(Xeroderma pigmentosum),布,伦,氏症候群,(Bloom,s syndrome),遗传,性大,肠,癌,(Hereditary nonpolyposis colon cancer,；,HNPCC),着,色性,干,皮病,(Xeroderma pigmentosum),是一种隐性遗传性疾病，有些呈性联遗传。因核酸内切酶异常造成,DNA,修复障碍所致。临床以光暴露部位色素增加和角化及癌变为特征。,1.,幼年发病，常有家族发病史。,2.,面部等暴露部位出现红斑、褐色斑点及斑片，伴毛细血 管扩张，间有色素脱失斑和萎缩或疤痕。皮肤干燥。数年内发生基底细胞癌、鳞癌及恶性黑素瘤。,3.,皮肤和眼对日光敏感。,4.,病情随年龄逐渐加重，多数患者于,20,岁前因恶性肿瘤而死亡。,5.,组织病理 晚期出现表皮非典型性增生、日光角化及鳞癌和基底细胞癌等恶性肿瘤。,着,色性,干,皮病,患儿脸部特征,着,色性,干,皮病,背部,着,色性,干,皮病,组织切片,着,色性,干,皮病,的并发症,着,色性,干,皮病,的治疗,避免紫外线照射,避免肿瘤致病因子,对症治疗,遗传,性大,肠,癌,的临床特征,发病早,(45,岁,),肿瘤好发部位,肠外肿瘤的类型,遗传,性大,肠,癌,(HNPCC),息肉较少,30-60%,有内膜肿瘤,恶性肿瘤好发部位,胰腺癌发生率,大肠癌发生的危险因素,(CRC),0,20,40,60,80,100,General population,Personal history of colorectal neoplasia,Inflammatory bowel disease,HNPCC mutation,FAP,5%,15%20%,15%40%,70%80%,95%,Lifetime risk(%),错配基因的改变,多发性家族性结肠癌,多发性家族性结肠癌,错配基因的改变,:,MSH2,MSH6,PMS1,，,MLH1,MSH3,PMS2.,HNPCC,中错配基因突变的概率,MSH2,30%,MLH1,30%,PMS1,(rare),PMS2,(rare),MSH6,(rare),Unknown 30%,Sporadic,Familial,HNPCC,FAP,Rare CRC,syndromes,Liu B et al.,Nat Med,2:169,1996,HNPCC,发生的危险因素,基因携带者,发生的危险因素,:,早期,:20-25,岁,妇女,:,年龄,(?)25-35,岁,HNPCC,家族成员之一发生的概率,:,胃癌发生,:,早期发生年龄,3-35,岁,复发,1-2,年,尿道肿瘤发生,:30-35,岁,复发,1-2,年,NCCN practice guidelines in oncology v.1.2003,你该怎么做,?,谢谢！,谢 谢！,放映结束,感谢各位的批评指导！,让我们共同进步,