第6章外源化學(xué)物致突變作用.ppt

1 第七章外源性化學(xué)物致突變作用 MutagenesisofXenobiotics 2 一般毒性作用特殊毒性作用 致畸 致突變 致癌 三致 作用 3 致突變作用 造就了 蜘蛛俠 4 5 6 7 8 9 10 11 現(xiàn)實(shí)生活中 自然界中的自發(fā)突變轉(zhuǎn)基因的動(dòng) 植物 紅薯 藍(lán)色玫瑰 各種有害因素引起的突變 物理 生物 化學(xué) 外源性化學(xué)物致突變作用 12 13 基本概念 突變 遺傳毒理學(xué) 致突變作用 致突變物致突變的類型 基因突變 染色體結(jié)構(gòu)異常 染色體數(shù)目異常 內(nèi)容 14 致突變作用機(jī)制突變的后果 生殖細(xì)胞突變 體細(xì)胞突變機(jī)體對(duì)致突變作用的影響致突變?cè)囼?yàn) 15 第一節(jié)概述 16 遺傳與變異遺傳 生物物種以各種繁殖方式來保證世代間生命的持續(xù) 種瓜得瓜種豆得豆變異 親子之間或子代之間出現(xiàn)不同程度的差異 一 基本概念 17 突變 mutation 遺傳結(jié)構(gòu)本身的變化及其引起的變異 生物體的遺傳物質(zhì)發(fā)生了突然的 根本的變化 因?yàn)檫@種變化起源于基因和染色體 因此 是可遺傳的變異 突變 這個(gè)詞的來源 突變 是由荷蘭DeVries 1901 1903 提出 他當(dāng)時(shí)在栽培月見草 發(fā)現(xiàn)其中有多種可變遺傳的變異 因這些變異是不連續(xù)的好象突然發(fā)生 故叫 突變 孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)為現(xiàn)代遺傳學(xué)奠定了基礎(chǔ) 基因分離 自由重組 18 1909年摩爾根 Morgan 發(fā)現(xiàn)在紅眼果蠅中有白眼果蠅因發(fā)現(xiàn)了果蠅白眼突變的性連鎖遺傳 提出了基因在染色體上直線排列以及連鎖互換定律 摩根于1933年被授予諾貝爾獎(jiǎng) 1946年 摩根的學(xué)生 被譽(yù)為 果蠅的突變大師 的米勒 證明 射線能使果蠅的突變率提高150倍 因而成為諾貝爾獎(jiǎng)獲得者 19 基因與染色體 生物界都知道是遺傳因子 即基因 決定了生物的遺傳 但是 基因究竟在細(xì)胞內(nèi)的什么地方 摩爾根以果蠅為試驗(yàn)對(duì)象回答了這一問題 基因在染色體上 20 21 22 摩爾根和他的學(xué)生利用果蠅作了大量的研究 1926年出版 基因論 建立了著名的基因?qū)W說 ThomasHuntMorgan 1866 1945 23 摩爾根在 基因論 中繪制了果蠅基因位置圖 首次完成了當(dāng)時(shí)最新的基因概念的描述 基因是在染色體上呈線性排列的遺傳單位 它不僅是決定性狀的功能單位 也是一個(gè)突變單位和交換單位 至此 人們對(duì)基因概念的理解更加具體和豐富了 24 摩爾根果蠅遺傳實(shí)驗(yàn)具有劃時(shí)代意義 人類第一次把基因與染色體聯(lián)系起來 認(rèn)為基因是一種物質(zhì) 是染色體上的一個(gè)特定的區(qū)段 確立并發(fā)展了染色體的遺傳理論 25 突變研究簡(jiǎn)史 26 自發(fā)突變 spontaneousmutation 是由于普遍存在的未知因素作用下 在自然條件下發(fā)生的突變特點(diǎn) 發(fā)生過程長(zhǎng) 頻率很低 與物種進(jìn)化有關(guān) 從發(fā)生原因上 可分為 27 誘發(fā)突變 inducedmutation 是指人為地造成突變特點(diǎn) 發(fā)生過程短 頻率高 既可被人類利用 也可能對(duì)人類產(chǎn)生危害 遺傳毒理學(xué) genetictoxicology 研究化學(xué)性和放射性物質(zhì)的致突變作用以及人類接觸致突變物可能引起的健康效應(yīng)的科學(xué) 致突變作用 mutagenesis 是指外來因素特別是化學(xué)因子引起細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的能力 而且此種改變可隨同細(xì)胞分裂過程而傳遞 29 致突變物 mutagen 凡能引起生物體遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的化學(xué)物質(zhì)或任何環(huán)境因子 又稱誘變劑 也稱為遺傳毒物 30 直接致突變物 direct actingmutagen 具有很高的化學(xué)活性 其原型就可引起生物體突變的物質(zhì) 間接致突變物 indirect actingmutagen 本身不能引起突變 必須在體內(nèi)經(jīng)過代謝活化 才具有致突變性的物質(zhì) 31 環(huán)境中的致突變因素1 化學(xué)物質(zhì)天然存在的致突變物 如黃曲酶毒素 亞硝酸鹽等人工合成的致突變物抗癌藥物 如環(huán)磷酰胺等烷化劑 如環(huán)氧乙烷 氮芥 硫芥等有毒金屬 如六價(jià)鉻 有機(jī)汞等農(nóng)藥 如樂果 敵百蟲等食品添加劑 如奶油黃 胭脂紅 食用藍(lán)1號(hào)和2號(hào)等其他 如多氯聯(lián)苯 氯乙烯 苯等 32 物理因素 電離輻射 溫度劇烈變化等 33 1986年4月26日 原蘇聯(lián)在烏克蘭境內(nèi)修建的切爾諾貝利核電站發(fā)生爆炸并引起大火 該事故導(dǎo)致約 噸的強(qiáng)輻射物嚴(yán)重泄露 造成了史無前例的放射性污染 其危害至今也未能完全消除 切爾諾貝利事故增加兒童體內(nèi)DNA變異 在醫(yī)院接受治療的受輻射的孩子 34 3 生物因素 病毒 基因工程等 轉(zhuǎn)基因鮭魚 上 比同年齡的野生鮭魚 下 重11倍 35 第二節(jié)化學(xué)毒物致突變的類型 從遺傳學(xué)角度或突變角度分為 基因突變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧w數(shù)目改變 36 從機(jī)理角度分為 對(duì)DNA為靶的損傷 包括基因突變和染色體畸變 不以DNA為靶的損傷 染色體數(shù)目異常 37 基因突變 geneticmutation 是指基因在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了堿基對(duì)組成和排列序列的改變 pointmutation 不能應(yīng)用光學(xué)顯微鏡直接進(jìn)行觀察 須采用理化或生物學(xué)方法才能檢出 光學(xué)顯微鏡可分辨的物質(zhì)最小為0 2 m相當(dāng)于4 7 106個(gè)核苷酸對(duì)的長(zhǎng)度 一 基因突變 38 基因突變 可分為堿基置換和移碼突變兩種類型 突變基因 基因內(nèi)存在的突變的基因野生型基因 沒有發(fā)生突變的基因 39 一 堿基置換 basesubsititution 轉(zhuǎn)換 transition 即嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶的變化顛換 transversion 即嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的變化 堿基置換是某一堿基配對(duì)性能改變或脫落而引起的突變 40 AGTC 腺嘌呤鳥嘌呤胸腺嘧啶胞嘧啶 41 Transitionsaremorecommonthantransversions 42 43 后果同義突變 synonymousmutation 指沒有改變基因產(chǎn)物氨基酸序列的突變 GGG和GGA均編碼 glycine Gly 甘氨酸 44 錯(cuò)義突變 missensemutation 指堿基序列的改變引起了產(chǎn)物氨基酸序列的改變 單核苷酸替代 45 無義突變 nonsensemutation 指某個(gè)堿基的改變使代表某個(gè)氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍踪|(zhì)合成的終止密碼子 導(dǎo)致多肽鏈在成熟之前終止合成的改變 終止密碼子 UAAUAGUGA 46 終止密碼的突變鏈終止突變 指無義突變使肽鏈過早終止 延長(zhǎng)突變 指如果終止密碼子因突變而為氨基酸編碼 結(jié)果產(chǎn)生過長(zhǎng)的肽鏈的現(xiàn)象 47 指發(fā)生一對(duì)或幾對(duì)不等于3的倍數(shù)的堿基減少或增加 以致從受損點(diǎn)開始?jí)A基序列完全改變 形成錯(cuò)誤的密碼 并轉(zhuǎn)譯為不正常的氨基酸 由于堿基序列所形成的一系列三聯(lián)體密碼子相互間并無標(biāo)點(diǎn)符號(hào) 于是從受損位點(diǎn)開始密碼子的閱讀框架完全改變 二 移碼突變 frameshiftmutation 48 49 結(jié)果是從原始損傷的密碼子開始一直到信息末端的氨基酸序列完全改變 使讀碼框架改變其中某一點(diǎn)形成無義密碼 于是產(chǎn)生一個(gè)無功能的肽鏈片段 移碼突變較易成為致死性突變 50 單堿基置換 單堿基缺失 51 基因突變的案例 白化病 突變 黑色素生成缺陷 眼 毛發(fā)色素缺乏發(fā)病率 2 1000常染色體隱性遺傳 52 全色盲 雙色盲 色弱 紅綠藍(lán)三原色 發(fā)病率 男性7 女性0 49 X染色體隱性遺傳 交叉遺傳 尚無有效的治療方法 色盲矯正隱形眼鏡 改善色覺 提高色調(diào)分辨能力 基因突變的案例 色盲癥 53 54 基因突變的案例 多毛癥 23歲的墨西哥男子丹尼 出生后就患有一種罕見的多毛癥 全身都被濃厚的黑色毛發(fā)覆蓋 看起來就像傳說中的恐怖 狼人 據(jù)悉 丹尼一家五代人都患有這種 狼人綜合征 他和26歲的哥哥拉里從小便被當(dāng)成 怪物 被關(guān)進(jìn)籠子中四處展出 祖母攜帶這種變異基因 將它傳給了后代 哥哥拉里 堂姐妹莉莉和卡拉 親妹妹賈米 6歲侄女丹尼拉等 55 狼人綜合征 和月亮以及狼沒有任何聯(lián)系 而是與基因有關(guān) 多毛癥基因曾是人類身上的一種 失傳基因 當(dāng)遠(yuǎn)古時(shí)代的人類還是長(zhǎng)滿毛發(fā)的靈長(zhǎng)類動(dòng)物時(shí) 身上就存在著這種基因 但當(dāng)人類漸漸進(jìn)化后 這種基因變得不再需要 就開始發(fā)生突變而 關(guān)閉 然而丹尼的家族不知何故 他們體內(nèi)被 關(guān)閉 的多毛癥基因現(xiàn)在又被 打開來了 狼人綜合征 非常罕見 患病概率只有100億分之一 且沒有根治辦法 56 二 染色體畸變 chromosomeaberration 57 染色體結(jié)構(gòu)異常 畸變 structuralchromosomeaberration 是指由于染色體或染色單體斷裂 造成染色體或染色單體缺失或引起各種重排 從而出現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)異常 斷裂劑 凡能引起染色體斷裂的物質(zhì) 58 染色體畸變又可分為染色體畸變 chromosome typeaberrations 指染色體中兩條染色單體同一位點(diǎn)受損后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)異常染色單體畸變 chromatid typeaberrations 指畸變涉及復(fù)制染色體中兩條染色單體中的一條 59 染色體結(jié)構(gòu)異常的類型 類型 缺失重復(fù)倒位易位 60 1 缺失 deletion 染色體上丟失了一個(gè)片段 一個(gè)染色體發(fā)生一次或多次斷裂而不重接 就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)無著絲粒斷片和一個(gè)缺失了部分染色質(zhì)并帶有著絲粒的異常染色體 61 2 重復(fù) 在一套染色體里 一個(gè)染色體片段出現(xiàn)不止一次 62 3 倒位 inversion 一個(gè)染色體片段被顛倒了 倒轉(zhuǎn)180 再重接臂間倒位 如果顛倒的片段包括著絲點(diǎn) 稱為臂間倒位 臂內(nèi)倒位 如不包括著絲點(diǎn) 稱為臂內(nèi)倒位 染色體的臂間倒位 63 4 易位 translocation 從某個(gè)染色體斷下的節(jié)段接到另一染色體上稱為易位 相互易位 64 染色體結(jié)構(gòu)異常是染色體或染色單體斷裂所致 當(dāng)斷端不發(fā)生重接或雖重接而不在原處 即可出現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)異常 65 三 染色體數(shù)目異常 NormalhumanKaryotype 46 XY 66 動(dòng)物正常體細(xì)胞染色體數(shù)目2n為標(biāo)準(zhǔn) 為二倍體 染色體數(shù)目異?？杀憩F(xiàn)為整倍性畸變和非整倍性畸變 整倍性畸變可能出現(xiàn)單倍體 三倍體或四倍體 超過二倍體的整倍性畸變也統(tǒng)稱為多倍體 非整倍性畸變系指比二倍體多或少一條或多條染色體 2n 1 2n 1 67 整倍性畸變 68 非整倍性畸變 69 缺體是指缺少一對(duì)同源染色體 單體或三體系指某一對(duì)同源染色體相應(yīng)地少或多一個(gè)四體則指其比同源染色體多一對(duì) 人類中常見有三種三體 1 21 三體 即Down氏綜合征 2 18 三體 即Edward綜合征 3 13 三體 即Patau綜合征 70 患兒具明顯的特殊面容體征 眼距寬 鼻根低平 眼裂小 眼外側(cè)上斜 有內(nèi)眥贅皮 外耳小 舌胖 常伸出口外 流涎多 3 男性唐氏嬰兒長(zhǎng)大至青春期 也不會(huì)有生育能力 4 易患各種感染 如存活至成人期 則常在30歲以后即出現(xiàn)老年性癡呆癥狀 71 突出的面部特征包括枕骨突出 外耳旋轉(zhuǎn)有畸形 眼裂短 嘴巴小 橈骨發(fā)育不全 半椎骨 手握拳呈手指交錯(cuò) 并指 趾 72 突變的類型 73 第三節(jié)化學(xué)毒物致突變作用的機(jī)制及后果 74 一 堿基損傷1 堿基錯(cuò)配烷化劑 alkylatingagent 是指對(duì)DNA和蛋白質(zhì)具有強(qiáng)烈烷化作用的物質(zhì)一般情況下甲基化 乙基化 高碳烷基化烷化劑所致甲基化易產(chǎn)生堿基錯(cuò)配 一 引起突變的DNA變化 75 目前認(rèn)為最常受到烷化的是鳥嘌呤的N 7位 其次是O 6位腺嘌呤的N 1 N 3和N 7也易烷化 腺嘌呤鳥嘌呤胸腺嘧啶胞嘧啶 76 77 AP位點(diǎn) apurinicorapyrimidinicsite 是指丟失堿基的DNA留下了一個(gè)無嘌呤或無嘧啶的位點(diǎn) 78 嵌入劑 intercalatingagent 指能以靜電吸附形式嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰多核苷酸鏈之間的物質(zhì)常見的嵌入物 多環(huán)芳烴的環(huán)氧化物 吖啶 d ng 類化合物 聯(lián)苯胺等 其共同的結(jié)構(gòu)特征為 平面多環(huán)狀結(jié)構(gòu) 一般是三個(gè)環(huán) 長(zhǎng)度極為相似約6 8 2 平面大分子嵌入DNA鏈 79 編碼鏈 80 有些化學(xué)物的結(jié)構(gòu)與堿基非常相似 稱堿基類似物它們能在S期中可與天然堿基競(jìng)爭(zhēng) 并取代其位置例如5 溴脫氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶 2 氨基嘌呤 2 AP 能取代鳥嘌呤 3 堿基類似物取代 A T A 5BU 81 化學(xué)物可對(duì)堿基產(chǎn)生氧化作用 從而破壞或改變堿基的結(jié)構(gòu) 進(jìn)而引起鏈斷裂 有些化學(xué)物質(zhì)可在體內(nèi)形成有機(jī)過氧化物或自由基 如甲醛 氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡堿等 可間接使嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)破壞 容易出現(xiàn)DNA鏈斷裂 4 堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變或破壞 82 二 DNA鏈?zhǔn)軗p 1 二聚體的形成 紫外線環(huán)丁烷嘧啶和4 6光產(chǎn)物阻止DNA復(fù)制引起細(xì)胞死亡 83 活性化學(xué)物質(zhì)與細(xì)胞大分子之間通過共價(jià)鍵形成的穩(wěn)定復(fù)合物如生物毒素 多環(huán)芳烴和芳香胺類致癌物可使DNA形成大加合物 使DNA的立體構(gòu)象發(fā)生明顯變化 阻斷受損部位的半保留復(fù)制和轉(zhuǎn)錄 2 DNA加合物形成 84 4 DNA 蛋白質(zhì)交聯(lián) DNA proteincrosslinks DPC 如亞硝酸 絲裂霉素C 氮和硫的芥子氣以及各種鉑的衍生物 3 DNA DNA交聯(lián) DNA DNAcrosslinks DDC DNA分子上一條鏈的堿基與互補(bǔ)鏈上的相應(yīng)堿基形成共價(jià)連接 85 二 引起突變的細(xì)胞分裂過程改變 a是中心粒 b是紡錘絲 c是染色體 d是著絲點(diǎn) 紡錘絲把著絲點(diǎn) 內(nèi)部已經(jīng)一分為二 拉開 復(fù)制過的染色體就一分為二了 86 一些化學(xué)物能作用于紡錘體 中心?；蚱渌藘?nèi)細(xì)胞器 從而干擾有絲分裂過程誘發(fā)這種作用的物質(zhì)稱為有絲分裂毒物 又稱干擾劑 87 秋水仙堿是典型的引起細(xì)胞分裂完全抑制的物質(zhì) 因此這種效應(yīng)又稱秋水仙堿效應(yīng)或細(xì)胞有絲分裂 有些干擾劑僅使細(xì)胞群體的有絲分裂數(shù)減少 被稱之為抗有絲分裂劑 88 引起非整倍性的原因 不分離 nondisjunction 一種是同源染色體在第一次減數(shù)分裂中聯(lián)會(huì)復(fù)合中不分離 可能聯(lián)會(huì)復(fù)合體受損 另一種是姊妹染色單體在有絲中或第二次減數(shù)分裂中因著絲粒受損未縱裂而不分離 89 不分裂的結(jié)果是紡錘體的一極接受了同源或兩個(gè)染色單體 而另一極則沒有 90 只有一條染色體或一對(duì)染色體不分離 在子細(xì)胞中將多出一條或一對(duì)染色體 而在另一個(gè)子細(xì)胞中將少一條或一對(duì)梁色體 91 染色體丟失 chromosomeloss 紡綞體形成的不完全障礙或著絲粒受損使細(xì)胞分裂過程中個(gè)別染色體行動(dòng)滯后沒有進(jìn)入子細(xì)胞核 聯(lián)會(huì)復(fù)合體形成障礙和第一次減數(shù)分裂時(shí)著絲粒早熟分離而產(chǎn)生非整倍性 92 引起整倍體的原因 核內(nèi)復(fù)制 endoreduplication 第一次有絲分裂染色體及其著絲粒雖已完成正常復(fù)制 但紡綞體形成受到完全的障礙 全部姊妹染色單體不能分開 細(xì)胞也不能進(jìn)行分裂 形成間期四倍體細(xì)胞核 第二次有絲分裂 恢復(fù)正常的復(fù)制和分開 中期便可見每四條染色單體整齊排列的現(xiàn)象 93 1 在細(xì)胞增殖過程 細(xì)胞周期正常染色體復(fù)制 但在接下來的有絲分裂期 染色體分裂時(shí) 染色單體不能分離 產(chǎn)生一個(gè)4倍體細(xì)胞 94 2 由于接受分裂錯(cuò)誤 配子為2倍體 而不是單倍體 所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)多倍體的受精卵 95 非整倍體和多倍體是由于染色體分離異常而產(chǎn)生的 96 二 不以DNA為靶的損傷機(jī)制 1 對(duì)DNA合成和修復(fù)有關(guān)的酶系統(tǒng)的作用 一些氨基酸類似物可使與DNA合成有關(guān)的酶系統(tǒng)遭受破壞從而誘發(fā)突變 脫氧核糖核苷三磷酸在DNA合成時(shí)的不平衡也可誘發(fā)突變鈹和錳除可直接與DNA相互作用外 還可與酶促防錯(cuò)修復(fù)系統(tǒng)相作用而產(chǎn)生突變 97 2 對(duì)紡綞體的毒作用 與微管蛋白二聚體結(jié)合與微管上的巰基結(jié)合破壞已組裝的微管妨礙中心粒移動(dòng)其他作用 98 四 突變的后果 突變的后果取決于化學(xué)毒物所作用的靶細(xì)胞體細(xì)胞 其影響僅能在直接接觸該物質(zhì)的個(gè)體身體上表現(xiàn)出來 不可能遺傳到下一代 腫瘤 生殖細(xì)胞 其影響有可能遺傳到下一代 遺傳性疾病 99 DNA損傷修復(fù)的效率 體細(xì)胞突變 生殖細(xì)胞突變 良性腫瘤 惡性轉(zhuǎn)化 細(xì)胞衰老 未分化的胚胎細(xì)胞 分化的胚胎細(xì)胞受損 顯性致死 隱性致死 存活突變 動(dòng)脈硬化 未知疾病 癌變 老化 出生缺陷 流產(chǎn) 死胎 癌變 出生缺陷 功能或結(jié)構(gòu)畸形 流產(chǎn)死產(chǎn) 出生缺陷基因負(fù)荷 先天性疾病 化學(xué)物和遺傳危害示意圖 100 1 致死性突變 顯性致死 精子不能受精 或突變配子與正常配子結(jié)合后 在著床前或著床后的早期胚胎死亡 基因的致死作用在雜合子中即可表現(xiàn)的稱為顯性致死 隱性致死 需要純合子或半合子才能出現(xiàn)死亡效應(yīng) 雜合子則不出現(xiàn)死亡 1 生殖細(xì)胞突變的后果 101 2 非致死性突變 可遺傳的改變 先天畸形等遺傳性疾病遺傳易感性改變 致死性突變將導(dǎo)致死胎 它影響后代的數(shù)量而非質(zhì)量 非致死性突變主要影響后代的質(zhì)量 102 生物個(gè)體生殖細(xì)胞發(fā)生突變或染色體畸變后 有些可能會(huì)在世代傳遞 選擇過程中在人群中固定下來 增加人類的遺傳負(fù)荷遺傳負(fù)荷 geneticload 指人群中每個(gè)個(gè)體所攜帶有害基因或致死基因的平均水平 103 1 癌變 體細(xì)胞突變是細(xì)胞癌變的重要基礎(chǔ) 在許多腫瘤中 都可觀察到癌基因的活化和抑癌基因的失活 并存在缺失 易位 倒位等染色體畸變 2 體細(xì)胞突變的后果 104 105 2 致畸胎 致突變物可透過胎盤作用于胚胎體細(xì)胞引起畸胎 所以致畸作用不完全是親代生殖細(xì)胞突變的后果 3 其他不良后果 動(dòng)脈粥樣硬化 衰老 106 第四節(jié)機(jī)體對(duì)致突變作用的影響 107 DNA執(zhí)行高保真的復(fù)制 修復(fù)DNA損傷 損傷耐受機(jī)制 是指DNA遺傳可繞過那些阻止DNA復(fù)制的DNA損傷機(jī)制修復(fù)機(jī)制 直接修復(fù)和切除修復(fù) 遺傳信息代代相傳 并且高度保真 108 DNA損傷 修復(fù)及后果 109 一 DNA損傷的修復(fù) 直接修復(fù) 1 光復(fù)活 photoreactivation 修復(fù)紫外線損傷產(chǎn)生的胸腺嘧啶二聚體 廣泛存在原核和真核生物體內(nèi) 光裂合酶 2 適應(yīng)性 反應(yīng) 主要是O6 甲基鳥嘌呤 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶 MGMT 修復(fù)鳥嘌呤O6位的烷基化損傷 110 1 識(shí)別 糖基化酶識(shí)別異常的堿基 隨后使異常嘌呤的N 9位或異常嘧啶的N 3位與脫氧核糖之間的鍵發(fā)生水解 形成無嘌呤或嘧啶的位點(diǎn) apurinic apyrimidinicsite AP位點(diǎn) 3 切除修復(fù) 111 2 插入酶將正確堿基插入AP位點(diǎn) 3 DNA聚合酶合成DNA片段 填補(bǔ)空缺 4 DNA連接酶將新合成的補(bǔ)片接上 112 113 切除修復(fù)分為 堿基切除修復(fù) BER 核苷酸切除修復(fù) NER 總基因組修復(fù) GGR 轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù) TCR 錯(cuò)配修復(fù) mismatchrepair MMR 識(shí)別并切除錯(cuò)配的堿基對(duì) 如G T和A C 114 115 116 117 4 DNA雙鏈斷裂修復(fù)同源重組修復(fù) homologyrecombination HR 非同源末端連接 non homologyendjoining NHEJ 118 易錯(cuò)修復(fù) error pronerepair 是指突變作為修復(fù)的結(jié)果或作為損傷旁路發(fā)生的DNA修復(fù)光復(fù)活 適應(yīng)性修復(fù)和切除修復(fù)傾向于無誤修復(fù)雙鏈斷裂修復(fù)就是易錯(cuò)修復(fù) 119 1 DNA損傷不僅可因外源性因素所致 也可因內(nèi)源性因素所致2 不同類型DNA損傷通過不同的DNA修復(fù)途徑修復(fù) DNA損傷修復(fù)的一般特點(diǎn) 120 3 不同類型DNA損傷修復(fù)速度是不同的4 DNA損傷修復(fù)機(jī)制有些是基本的 有些是可誘導(dǎo)的5 DNA損傷修復(fù)功能存在物種和個(gè)體差異 121 突變模式 DNA損傷 修復(fù) 突變 任何DNA損傷 只要修復(fù)無誤 突變就不會(huì)發(fā)生 如果修復(fù)錯(cuò)誤或未經(jīng)修復(fù) 損傷就固定下來 于是發(fā)生突變 122 遺傳毒物 終致突變物 DNA 解毒 加合物DNA損傷 修復(fù) 無錯(cuò) 易錯(cuò)修復(fù) 復(fù)制后修復(fù) 細(xì)胞死亡 靜止?fàn)顟B(tài)的細(xì)胞 DNA復(fù)制 加合的堿基錯(cuò)配 損傷正在復(fù)制的DNA 突變 細(xì)胞存活 細(xì)胞存活 123 第五節(jié)觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法 124 致突變?cè)囼?yàn)的應(yīng)用 中國預(yù)防醫(yī)學(xué)博士張學(xué)明 煎炸魚中合有強(qiáng)致癌物 雜環(huán)胺 雜環(huán)胺的形成量主要受煎炸 烤的溫度影響 其次是煎烤時(shí)間 煎炸溫度小于 雜環(huán)胺的形成量就很少 如果煎炸溫度超過 煎炸時(shí)間少于 分鐘 雜環(huán)胺的形成量也很少 在煎炸的魚外面掛上一層淀粉糊再炸 也能預(yù)防雜環(huán)胺形成 美國加州科研人員發(fā)現(xiàn) 高溫烹調(diào)或油炸的肉食中合有突變?cè)?對(duì)經(jīng)過高溫烹調(diào)的牛肉 雞 魚等進(jìn)行檢驗(yàn) 結(jié)果測(cè)出 種致癌化合物 這次研究證實(shí) 突變?cè)床皇怯捎谔炕鸬葻嵩磳⑷鉄?而是肉食本身成分在加溫 以上時(shí)的產(chǎn)物 125 1 檢測(cè)外源化學(xué)物的致突變性 預(yù)測(cè)其對(duì)哺乳動(dòng)物和人的致癌性 2 檢測(cè)外源化學(xué)物對(duì)哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞的遺傳毒性 預(yù)測(cè)其對(duì)人類的遺傳危險(xiǎn)性 致突變?cè)囼?yàn)的目的 126 一 觀察項(xiàng)目的選擇 1 觀察效應(yīng)終點(diǎn)的類型 1 DNA完整性改變 2 DNA重排或交換 3 DNA堿基序列改變 基因突變 4 染色體完整性改變 染色體畸變 5 染色體分離改變 非整倍體和多倍體 127 試驗(yàn)組應(yīng)包括每一類型的遺傳學(xué)終點(diǎn) 如細(xì)胞回復(fù)突變?cè)囼?yàn) 微核試驗(yàn) 細(xì)菌DNA修復(fù)試驗(yàn)和體外姐妹染色單體交換試驗(yàn) SCE 這一組試驗(yàn)包括主要類型遺傳學(xué)終點(diǎn) 2 試驗(yàn)組合的原則 128 試驗(yàn)組應(yīng)包括體內(nèi)試驗(yàn)與體外試驗(yàn) 體外試驗(yàn) S9和 S9 和體內(nèi)試驗(yàn)細(xì)胞突變?cè)囼?yàn)為陽性者有必要進(jìn)行生殖細(xì)胞突變?cè)囼?yàn) 試驗(yàn)組中的指示生物應(yīng)包括幾個(gè)進(jìn)化階段 至少要包括原核細(xì)胞與真核細(xì)胞兩個(gè)系統(tǒng) 129 二 常用的致突變?cè)囼?yàn) 1 鼠傷寒沙門氏菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn) Ames試驗(yàn) 原理 檢測(cè)受試物誘發(fā)鼠傷寒沙門氏菌組氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株 his 回復(fù)突變成野生型 his 的能力 130 組氨酸突變菌 his 在不含組氨酸的最低營養(yǎng)平皿上不能生長(zhǎng)回復(fù)突變成野生型 his 可在不含組氨酸的最低營養(yǎng)平皿上生長(zhǎng) 131 132 133 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)菌株有四種 TA97和TA98檢測(cè)移碼突變 TA100檢測(cè)堿基置換突變 TA102對(duì)醛 過氧化物及DNA交聯(lián)劑較敏感這四個(gè)試驗(yàn)菌株除了含有his 突變 還有一些附加突變 以提高敏感性 134 只要在一種試驗(yàn)菌株得到陽性結(jié)果 即認(rèn)為受試物是致突變物僅當(dāng)四種試驗(yàn)菌株均得到陰性結(jié)果 才認(rèn)為受試物是非致突變物 結(jié)果判斷 135 不加S9混合液得到陽性結(jié)果 說明受試物是直接致突變物加S9混合液才得到陽性結(jié)果 說明該受試物是間接致突變物 136 2 微核試驗(yàn) micronucleustest MNT 微核 micronucleus 是指染色體無著絲點(diǎn)斷片或因紡錘體受損傷而丟失的整個(gè)染色體在細(xì)胞分裂的后期仍留在子細(xì)胞的胞質(zhì)內(nèi) 成為一個(gè)或幾個(gè)規(guī)則的次核 137 138 正常細(xì)胞 微核細(xì)胞 139 正常細(xì)胞 微核細(xì)胞和核異常細(xì)胞 指示正常細(xì)胞 指示微核細(xì)胞 指示核異常細(xì)胞 2 5 100 140 常用嚙齒類動(dòng)物骨髓嗜多染紅細(xì)胞 PCE 做微核試驗(yàn)PCE是紅細(xì)胞成熟的一個(gè)階段 此時(shí)紅細(xì)胞的主核已排出 微核容易辯認(rèn) PCE胞質(zhì)含RNA染色與成熟紅細(xì)胞易于區(qū)別 故為骨髓微核試驗(yàn)的首選細(xì)胞群 141 3 單細(xì)胞凝膠電泳 singlecellgelelectrophoresis SCGE 在單細(xì)胞水平上定量檢測(cè)DNA損傷 142 原理 在電泳槽中 DNA斷片在電場(chǎng)的作用下 由細(xì)胞核中移出 并向陽極泳動(dòng) 經(jīng)熒光染色后見到細(xì)胞核和移出的DNA斷片 形成有如彗星一樣的彗星頭和彗星尾 故又稱彗星試驗(yàn) comettest 143 NaAsO2染毒SCGE觀察細(xì)胞DNA損傷彗星圖 0 0 mol L1 0 mol L2 5 mol L 5 0 mol L10 0 mol L 144 4 染色體畸變分析chromosomeaberrationassay 觀察染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)目改變 又稱細(xì)胞遺傳學(xué)試驗(yàn) 將觀察細(xì)胞停留在細(xì)胞分裂中期相 用顯微鏡檢查染色體畸變和染色體分離異常 145 人類染色體G顯帶示意圖 口訣 一禿二蛇三蝶飄四像鞭炮五黑腰六號(hào) 似小白臉七上八下九兩條十號(hào) 三深帶好十一低來十二高十三四五一個(gè)樣著色深帶一二一十六深帶連著點(diǎn)十七深帶跑得遠(yuǎn)十八人小肚子大十九中間一點(diǎn)腰二十頭重腳輕二十一像葫蘆瓢二十二兩兩一點(diǎn)Y黑腳 X 一擔(dān)挑 146 147 常染色體異常 148 常染色體異常 Downsyndrome trisomy21 先天愚型或唐氏綜合征 149 150 Patausyndrome trisomy13 seriouseye brain circulatorydefectsaswellascleftpalate Childrenrarelylivemorethanafewmonths 151 152 Edward ssyndrome trisomy18 almosteveryorgansystemaffected ChildrenwithfullTrisomy18generallydonotlivemorethanafewmonths 153 染色體結(jié)構(gòu)改變 154 染色體結(jié)構(gòu)改變 Deletion cryofthecatAspecificdeletionofasmallportionofchromosome5 thesechildrenhaveseverementalretardation asmallheadwithunusualfacialfeatures andacrythatsoundslikeadistressedcat 155 一條染色體的兩條單體在同一位置發(fā)生同源片段的變換 稱為姐妹染色單體交換 由于交換是對(duì)等的 所以染色體的形成沒有改變 但用特殊的培養(yǎng)液和處理方法可以顯示出來 5 姐妹染色單體交換Sister chromatidexchange SCE 156 157 SCE的遺傳學(xué)意義還不完全清楚 是否存在自發(fā)的SCE也還有爭(zhēng)議 交換的機(jī)理尚未完全闡明 但它顯然與DNA損傷和修復(fù)過程有關(guān) 作為一種簡(jiǎn)便和敏感的遺傳學(xué)指標(biāo) 它在誘變和腫瘤研究等領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛 例如 目前已知許多環(huán)境誘變劑 職業(yè)有害因素 抗腫瘤藥物 病毒等都可以引起SCE率增加 Bloom綜合征患者和某些腫瘤患者的SCE率也明顯上升 158 6 果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)Sex linkedrecessivelethaltest SLRL 利用隱性基因在伴性遺傳中具有交叉遺傳特征 選擇黑腹果蠅 給雄蠅受試物 如雄蠅的X染色體有突變 傳給F1代雌蠅 再通過F1代雌蠅傳給F2代雄蠅 使位于X染色體上的隱性基因在半合型雄蠅表現(xiàn)出來 159 160 161 7 顯性致死試驗(yàn)Dominantlethaltest 顯性致死突變指哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞染色體發(fā)生結(jié)構(gòu)和數(shù)目變化 出現(xiàn)的受精卵在著床前死亡和胚胎早期死亡 它是評(píng)價(jià)化學(xué)毒物對(duì)雄性動(dòng)物的生殖細(xì)胞遺傳毒性較好的方法之一 162 8 熒光原位雜交技術(shù)Fluorescenceinsituhybridization FISH 利用熒光探針 將已標(biāo)記或經(jīng)特殊修飾的核酸探針與已固定的組織 細(xì)胞或染色體中DNA RNA雜交 繼而通過分析標(biāo)記探針在被檢對(duì)象中的顯示狀況而達(dá)到對(duì)特殊目標(biāo)順序進(jìn)行檢測(cè) 定位的目的 163 AnexampleofFISH treatedmetaphasechromosomeschromosomes1 2 and4werelabeledyellowwithFISHandtheotherchromosomeswerestainedred Translocationsbetweenyellowandredchromosomesaredetected Theleftpicturerepresentsanormalcellandtherightpictureisanexampleofreciprocaltranslocationwithtwobi colorchromosomes indicatedbytwoarrows 164 致突變?cè)囼?yàn)的應(yīng)用實(shí)例 如何設(shè)計(jì) 分組 化合物 選擇致突變實(shí)驗(yàn)組合體外 體內(nèi)觀察遺傳學(xué)終點(diǎn)做出評(píng)價(jià) 165 致突變實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用實(shí)例 166 167 168 169 170 171 致突變實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用實(shí)例 空氣污染 家庭裝潢有害氣體致小鼠遺傳毒性實(shí)驗(yàn) 172 172 AmesTest oneprokaryotemutagenicity FounderoftheAmestest BruceAmesandhiscoworkersoftheCaliforniaUniversity BruceAmes 1928 Abacteriologistwhodevelopedamethodtotestchemicalsforthemutationratetheyinducedinbacteria 172 173 Salmonellatyphimuriumstrains鼠傷寒沙門氏菌 wildtype cansynthesizehistidineandhencecangrowinitsabsence Auxotroph 營養(yǎng)缺陷型 willnotgrowintheabsenceofhistidine 173 174 174 175 175 176 PrincipleofAmestest Itdependsontheabilityofmutagenicchemicalstobringaboutreversemutationsinmu