第四講損傷、突變與修復(fù)教材課件

1、DNA的損傷與修復(fù)概述：損傷因素及其類型4.1 復(fù)制過(guò)程中的錯(cuò)配修復(fù)4.2 損傷修復(fù)4.3 限制和修飾4.4 突變類型4.5 回復(fù)突變(抑制突變)4.6 突變劑和突變生成DNA的損傷與修復(fù)概述：損傷因素及其類型 引起損傷的因素: 自發(fā)性損傷(復(fù)制中的損傷、堿基的自發(fā)性化學(xué)改變、 自發(fā)脫堿基、 細(xì)胞的代謝產(chǎn)物對(duì)DNA的損傷) 物理因素引起的損傷(電離輻射、紫外線) 化學(xué)因素引起的損傷（烷化劑、堿基類似物） 引起損傷的類型： 堿基脫落、堿基（或核苷）改變、錯(cuò)誤堿基（堿基的取 代）、堿基的插入或缺失、鏈的斷裂、鏈交聯(lián)（鏈內(nèi)、鏈 間）、嘧啶二聚體等等 引起損傷的因素:DNA的損傷、修復(fù)和突變 廣義的修

2、復(fù)系統(tǒng)： DNA聚合酶的校對(duì)功能(復(fù)制的范疇) 尿嘧啶-N-糖苷酶修復(fù)系統(tǒng) （復(fù)制時(shí)U的滲入、C脫氨氧化成U） 錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng) 損傷修復(fù)系統(tǒng)(光復(fù)活、重組修復(fù)、SOS修復(fù)等) 限制修飾系統(tǒng)-對(duì)付外源DNA的入侵DNA的損傷、修復(fù)和突變 廣義的修復(fù)系統(tǒng)： 限制修飾系統(tǒng)4.1 復(fù)制過(guò)程中的錯(cuò)配的修復(fù) DNA mismatch+ - A- -C-DNApol (= 10-8)經(jīng)第二次校正= 10-11錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)(MRSMismatch RepairSystem)1、錯(cuò)配修復(fù)堿基來(lái)源：校正活性所漏校的堿基 使復(fù)制的保真性提高102103倍4.1 復(fù)制過(guò)程中的錯(cuò)配的修復(fù) DNA mismatch2、錯(cuò)配

3、修復(fù)系統(tǒng)（Mismatch repair system）DNA polymeraseHelicase SSB 外切核酸酶 (和) 連接酶MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits mutH, L, S dam geneDNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)掃描新生鏈中錯(cuò)配堿基識(shí)別新生鏈中非 m6A 的GATC序列酶切含錯(cuò)配堿基的新生DNA區(qū)段 （1）組成2、錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)（Mismatch repair syste DNA合成過(guò)程中的甲基化變化DNA中的GATC(palindromic seq.)為m6A甲基化敏感位點(diǎn)平均每2kb左右有一GATC seq.錯(cuò)

4、配修復(fù)系統(tǒng)受甲基化的引導(dǎo) DNA合成過(guò)程中的甲基化變化DNA中的GATC(pa 甲基化程度的差異a、MutH/MutS 掃描識(shí)別錯(cuò)配 堿基和鄰近的GATC序列 切點(diǎn)甲基化GATC中 G的5側(cè) DNA helicase II, SSB, exonuclease I去除包括錯(cuò) 配堿基的片段 DNA polymerase III 和 DNA ligase 填充缺口昂貴的代價(jià)用于保證DNA的準(zhǔn)確性（2） 修復(fù)過(guò)程 甲基化程度的差異a、MutH/MutS 掃描識(shí)別錯(cuò)配 外切核酸酶切割切點(diǎn)的5端（錯(cuò)配堿基在切點(diǎn)的5端） -3端（-3端）外切核酸酶切割切點(diǎn)的5端（錯(cuò)配堿基在切點(diǎn)的5端）3、 尿嘧啶-N-糖苷

5、酶系統(tǒng) ( ung system )修復(fù)尿嘧啶的來(lái)源：dUTP的滲入 胞嘧啶的自發(fā)脫氨氧化3、 尿嘧啶-N-糖苷酶系統(tǒng) ( ung system )修-TAGC-ATCG-TAGC-A CG-U-TAGC-ung-ase GCUAU-TAGC-A CG-AP內(nèi)切酶(Apurinase)-TAGC-ATCG-DNApolLigase -TAGC-TAGC-U-TAGC-4.2 DNA損傷的修復(fù)一、嘧啶二聚體的產(chǎn)生 類型：TT二聚體 （ ）、CC二聚體（ ）、 CT二聚體（ ）TTCCCT相鄰的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚體CCCCCCCC4.2 DNA損傷的修復(fù)一、嘧啶二聚體的產(chǎn)生 類型：TT二聚第四講

6、損傷、突變與修復(fù)教材課件 PR1、光復(fù)活（photo reactivation ）-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA- 復(fù)制前、不容易出錯(cuò)可見(jiàn)光激活 二、二聚體修復(fù)的機(jī)制 400 nm 藍(lán)光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（photolyase） PR1、光復(fù)活（photo reactivat堿基切除修復(fù)2. 切除修復(fù)ExisionRepair 復(fù)制前進(jìn)行 不易出錯(cuò)UvrA, B, C gene 內(nèi)切核酸酶（Endonucleases） 外切核酸酶 （Exonuclease） DNA pol Ligase核苷酸切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)堿

7、基切除修復(fù)2. 切除修復(fù) 復(fù)制前進(jìn)行 UvrA, B, C下頁(yè)上頁(yè)ABA BCA B CA BCAB螺旋酶Pol 螺旋酶連接酶切補(bǔ)切封下頁(yè)上頁(yè)ABA BCA B CA BCAB螺旋3. 重組修復(fù)（RecombinativeRepair）后復(fù)制修復(fù)、E.coli的挽回系統(tǒng)E.coli 存活%U.V 計(jì)量w.t.UvrA+ RecA+ uvr a-rec a-該系統(tǒng)存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)3. 重組修復(fù)（RecombinativeRepair）后 Rec-A. gene 以某種方式參與DNA損傷修復(fù) Rec修復(fù)系統(tǒng)比切除修復(fù)系統(tǒng)更有效 目前知道 Uvr系統(tǒng)負(fù)責(zé)切除二聚體 Rec系統(tǒng)負(fù)責(zé)消除沒(méi)有被切除的二聚體

8、 可能造成的后果 Rec-A. gene 以某種方式參與DNA損傷修復(fù) 與Rec-A蛋白引起的重組(strand transfer)有關(guān) TT dimer未被修復(fù)，僅表現(xiàn)在后代群體中TT dimer 濃度的稀釋 鏈的非準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致突變機(jī)率的增加 修復(fù)相關(guān)機(jī)制: 與Rec-A蛋白引起的重組(strand tran 重組修復(fù) (鏈轉(zhuǎn)移修復(fù)) 復(fù)制后修復(fù) 容易出錯(cuò) RecA, DNApolymerae ligase二聚體后起始 RecA 聚合酶、連接酶重組修復(fù)后的損傷位點(diǎn)可由其它機(jī)制進(jìn)一步修復(fù) 重組修復(fù) 復(fù)制后修復(fù) RecA, DNApo4. 易錯(cuò)修復(fù)（SOS修復(fù) SOS repair）E.col

9、iE.coliE.coli 80 10 100mut. 100% 50% 10% 損壞的噬菌體 DNA 在E.coli A被修復(fù) E. coli 的SOS修復(fù)能被U.V.誘導(dǎo) (A & B) SOS 修復(fù)過(guò)程有非常高的突變頻率(易出錯(cuò))ABCUV 復(fù)活或 W復(fù)活（Jean Weigh）（1） 實(shí)驗(yàn)證據(jù)4. 易錯(cuò)修復(fù)（SOS修復(fù) SOS repair）E（2） SOS 修復(fù)機(jī)制 SOS 修復(fù)無(wú)模板指導(dǎo)的DNA復(fù)制 大劑量的紫外線照射，大量的二聚體產(chǎn)生 SOS系統(tǒng)誘導(dǎo)，錯(cuò)誤潛伏的復(fù)制超越二聚體而進(jìn)行錯(cuò)誤堿基（2） SOS 修復(fù)機(jī)制 SOS 修復(fù)無(wú)模板指導(dǎo)的DNA SOS 修復(fù)只是SOS反應(yīng)的一部分

10、 RecA在SOS反應(yīng)反應(yīng)中起核心作用 RecA與LexA組成調(diào)控環(huán)路DNA 損傷 SOS RecA受LexA的部分抑制 SOS 修復(fù)只是SOS反應(yīng)的一部分 RecA在SOS反應(yīng) RecA-P; 三種功能a、 DNA 重組活性b、 與S.S. DNA結(jié)合活性c、 少數(shù)蛋白的proteinase活性當(dāng)DNA正常復(fù)制時(shí)（無(wú)復(fù)制受阻，無(wú)DNA損傷， 無(wú)TT dimer） RecA-p不表現(xiàn)proteinase活性RecA-P; 三種功能a、 DNA 重組活性b、 與S當(dāng)DNA復(fù)制受阻/ DNA damaged細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的RecA-p與S.S, DNA結(jié)合激活RecA-p的proteinase活

11、性修復(fù)損傷LexA-p降解RecA-p高效表達(dá) SOS open當(dāng)DNA復(fù)制受阻/ DNA damaged細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的當(dāng)DNA復(fù)制度過(guò)難關(guān)后SOS repair 是一種錯(cuò)誤傾向性極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是進(jìn)化中形成的“ 竭盡全力，治病救人” 的措施（正常狀態(tài)下，SOS是關(guān)閉的）RecA-p很快消失LexA gene onSOS off當(dāng)DNA復(fù)制度過(guò)難關(guān)后SOS repair 是一種錯(cuò)誤傾向性 1、 限制修飾現(xiàn)象(restriction and modificaion)50年代初 Luria（T偶數(shù)噬菌體） Bertani（） Weigle（P2噬菌體）4.3 限制和修飾 1、 限制修飾現(xiàn)象(re

12、striction and 結(jié)論： 菌體限制修飾系統(tǒng)中的限制性內(nèi)切酶能將外來(lái)DNA切斷 菌體本身的DNA可受甲基化酶的保護(hù) 兩者稱為限制-修飾作用 * E.coli K菌株和 B菌株各有自己的限制修飾系統(tǒng) * E.coli C菌株沒(méi)有細(xì)菌借助于限制-修飾系統(tǒng)來(lái)區(qū)別自己DNA和外源DNA結(jié)論： 菌體限制修飾系統(tǒng)中的限制性內(nèi)切酶能將外來(lái)DN 自己DNA: 限制模式相同的DNA 同株系的不同個(gè)體DNA、寄生于其中的質(zhì)粒和噬菌體 居民DNA(resident DNA)：同一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的不同類型的DNA， 包括細(xì)胞DNA，質(zhì)粒DNA，噬菌體DNA等 自己DNA: 限制模式相同的DNA 2、限制修飾系統(tǒng) 根

13、據(jù)其特征分為兩大組(三大類) 2、限制修飾系統(tǒng) 根據(jù)其特征分為兩大組(三大類) 染色體突變（Chromosome mutation ）chromosome number chromosome structure 核苷酸突變（ dNt point mutation ） 突變(mutation)：可以通過(guò)復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu) 的任何永久性改變遺傳狀態(tài)4.4 突變類型 染色體突變（Chromosome mutation 突變體(mutant)：攜帶突變的生物個(gè)體或群體或株系 突變基因(mutantgene): 存在突變位點(diǎn)的基因野生型基因（wild type gene）： 表示方法 表現(xiàn)型 Arg

14、+ Arg- 基因型 arg+ arg- 野生型 正性狀 突變體(mutant)：攜帶突變的生物個(gè)體或群體或株系 突1、從突變作用來(lái)源上定義 自發(fā)突變自然界的突變劑或偶然復(fù)制錯(cuò)誤 誘變 人為使用突變劑 堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制過(guò)程的錯(cuò)誤 -自發(fā)突變 堿基異構(gòu)式 A(amino 氨基) A(imino 亞氨基) C(a) C(i) G(keto 酮式) G(enol 烯醇式) G(k) G(e,i) T(keto) T(enol-2) or T(enol-4) 1、從突變作用來(lái)源上定義 堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制過(guò)程的堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯(cuò)配 G(k) C(a) 正確配對(duì) A(a) T(k)

15、 錯(cuò)誤配對(duì) G(k) T(e) A(a) C(i) A(i, anti) A(a, syn) A(i, anti) G(k, syn) G(e,i, anti) G(k, syn) G(e,i, anti) A(a, syn) A(i) C(a) G(e) T(k) 堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯(cuò)配 G(k) C(aA(a) T(k) A(a, anti) T(k, anti) C(i) C(a, anti) A(a) A(i, anti) 堿基異構(gòu)式引起DNA的錯(cuò)配突變 C(i) C(a)G(k, syn) G(k, syn) G(k, anti)G(k)A(a) T(k) A(a, anti

16、) T(k, anti2、從序列改變多少上定義 單點(diǎn)突變(point mutation) (點(diǎn)突變) 多點(diǎn)突變(multiple mutation)點(diǎn)突變堿基替代、堿基插入、堿基缺失 堿基替代（ conversion ）轉(zhuǎn)換(transition)Py Py Pu Pu 顛換(transvertion) Py Pu 2、從序列改變多少上定義點(diǎn)突變堿基替代、堿基插入、堿基 核苷酸缺失或插入 （dNt deletion or insertion ）= 3x dNt n x Amino acid = 3x dNt 移框（Framshift ） 移框突變（frameshift mutation）:一個(gè)

17、或兩個(gè)堿基的插入 或缺失，或扁平堿性染料分子插入，又叫移碼突變3、從對(duì)閱讀框的影響上定義 核苷酸缺失或插入 （dNt deletion or inExamples of deletion mutations Examples of deletion mutations4、從對(duì)遺傳信息的改變上定義（點(diǎn)突變） 同義突變：沒(méi)有改變產(chǎn)物氨基酸序列的密碼子 錯(cuò)義突變：堿基序列的改變引起了氨基酸序列的改變 （中性突變、滲漏突變） 無(wú)義突變：堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子變 為蛋白合成的終止密碼子 堿基替代對(duì)遺傳信息的改變 -同義突變 GAA GAG Glu4、從對(duì)遺傳信息的改變上定義（點(diǎn)突變） 堿基替

18、代對(duì)遺傳信 -錯(cuò)義突變 GAA AAA Lys-無(wú)義突變 GAA TAA(stop) 無(wú)義突變類型UAA （Oc） 赭石型（Ocher）UAG（Am） 琥珀型（amber） UGA（Opal） 乳石型（Opal） -錯(cuò)義突變 GAA AAA Lys-無(wú)義5、從突變的表達(dá)類型 上定義-非條件型突變: -條件型突變: 突變的表現(xiàn) = 突變基因型 + 誘導(dǎo)條件 （光，溫敏感不育） 6、從突變效應(yīng)上定義 正向突變 回復(fù)突變:使突變體所失去的野生型性狀得到恢復(fù)的第二次突變 真正的原位回復(fù)突變很少 大部分為第二點(diǎn)的回復(fù)突變抑制突變5、從突變的表達(dá)類型 上定義-非條件型突變: -條件 7、突變位點(diǎn)存在于負(fù)責(zé)

19、基因調(diào)控的序列中 * 在啟動(dòng)子區(qū)域時(shí): 啟動(dòng)子上升突變: 增強(qiáng)啟動(dòng)子對(duì)轉(zhuǎn)錄的發(fā)動(dòng)作用的突變 啟動(dòng)子下降突變: * 在操作子上或調(diào)節(jié)基因上 組成型突變: 產(chǎn)生組成型表達(dá)方式的操作子突變或調(diào) 節(jié)基因的突變 突變的操作子不能被阻遏蛋白所識(shí)別 調(diào)節(jié)基因突變不能產(chǎn)生有活性的阻遏蛋白 兩者之一都使結(jié)構(gòu)基因失去了負(fù)向控制 7、突變位點(diǎn)存在于負(fù)責(zé)基因調(diào)控的序列中 * 在啟動(dòng)1、抑制突變發(fā)生的部位基因內(nèi)抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變的基因中基因間抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變基因外的其它 基因中wild typemutant (表現(xiàn)型)正向突變 (low F.)回復(fù)突變 (very low F.正向的110

20、)4.5 回復(fù)突變 (抑制突變)1、抑制突變發(fā)生的部位基因內(nèi)抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變間接抑制突變: 不恢復(fù)正向突變基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能,而 是通過(guò)改變其它蛋白質(zhì)的性質(zhì)或表達(dá)水平 而補(bǔ)償原來(lái)突變?cè)斐傻娜毕?從而恢復(fù)野生型2、野生表型恢復(fù)作用的性質(zhì)直接抑制突變: 通過(guò)恢復(fù)或部分恢復(fù)原來(lái)突變基因產(chǎn)物蛋 白質(zhì)的功能而恢復(fù)野生表型間接抑制突變: 不恢復(fù)正向突變基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能,而2 3、回復(fù)突變的分子機(jī)制a) AGC (Ser) ACC (Thr) AGC (Ser)b) AGC (Ser) AGG (Arg) AGT (Ser)c) AGC (Ser) AGG (Arg) GGG (Gly

21、) if Ser Gly 3、回復(fù)突變的分子機(jī)制a) AGC (Ser) （1）基因內(nèi)抑制突變 (Intragenic suppression)第二位點(diǎn)引起的基因內(nèi)校正密碼子間兩次錯(cuò)義突變的互補(bǔ)4、抑制突變的分子機(jī)制 錯(cuò)義突變 移框突變錯(cuò)義突變?cè)斐梢吧捅硇偷膯适?部分原因在于影響到蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)(正負(fù)電荷、疏水作用) （1）基因內(nèi)抑制突變 (Intragenic sua、靜電作用a、靜電作用b、疏水作用b、疏水作用-UGG174-GGA210-(w.t.)(K) (G)回復(fù)突變(C) （G）-UGG 174-GGA210-UGG174-GGA210-UGC174-GAA210-活性結(jié)構(gòu)無(wú)活

22、性結(jié)構(gòu)CA無(wú)活性結(jié)構(gòu) (K) (E)-UGG174-GGA210-(w 移框突變的抑制突變(基因內(nèi)第二點(diǎn)的插入或缺失) 移框突變的抑制突變(基因（2）基因間的抑制突變無(wú)義突變-無(wú)義抑制突變錯(cuò)義突變-錯(cuò)義抑制突變移框突變-移框抑制突變 發(fā)生在 tRNA基因或與tRNA功能相關(guān)的基因上（2）基因間的抑制突變無(wú)義突變-無(wú)義抑制突變 發(fā)生在a、基因間的無(wú)義抑制突變（ Nonsense suppressor ）野生型UAG、UGA、UAA三種無(wú)義抑制 50赭石型無(wú)義抑制tRNA產(chǎn)生的幾率很低，且抑制效率很低a、基因間的無(wú)義抑制突變（ Nonsense suppresAGAUCUArgGlyGGACCUU

23、CUGlyCCUGlyb、基因間的錯(cuò)義抑制突變( Missense suppressor )GlyAGAUCUArgGlyGGACCUUCUGlyCCUGlyc、基因間移框抑制突變總結(jié)：基因內(nèi)和基因間的錯(cuò)義（無(wú)義）、移框抑制突變均 由相應(yīng)的錯(cuò)義（無(wú)義）、移框突變抑制c、基因間移框抑制突變總結(jié)：基因內(nèi)和基因間的錯(cuò)義（無(wú)義）、移本節(jié)小結(jié)基因內(nèi)的抑制突變基因間的抑制突變直接抑制突變間接抑制突變分子機(jī)制基因內(nèi)的抑制突變基因間的抑制突變錯(cuò)義無(wú)義移碼錯(cuò)義移碼本節(jié)小結(jié)基因內(nèi)的抑制突變錯(cuò)義錯(cuò)義1、堿基類似物（Base analog）2-氨基嘌呤2-Amino purine5-溴尿嘧啶5-Bromine Ura

24、cil OO BrNH24.6 突變劑和突變生成1、堿基類似物（Base analog）2-氨基嘌呤5-溴5-BrU: G: A 烯醇式enolBrOHHOBr 酮式KetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的滲入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二輪復(fù)制ATGC 轉(zhuǎn)變AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一輪復(fù)制酮式到稀醇式的轉(zhuǎn)變烯醇式滲入為 GCAT 轉(zhuǎn)變5-BrU: G: A 烯醇式enolBrOHHOBr 2、 堿基的化學(xué)修飾導(dǎo)致突變又稱化學(xué)突變劑： 亞硝

25、酸（nitrous acid HNO2） 羥氨（hydroxylamine HA） 甲磺酸乙酯（ethyl mathanesulfonate EMS） N-甲基-N-硝基-N-亞硝基胍 （N-mathyl-N-nitro-N-nitrosoguanidion NNG）產(chǎn)生錯(cuò)義突變 2、 堿基的化學(xué)修飾導(dǎo)致突變又稱化學(xué)突變劑：產(chǎn)生NH2OH (Hydroxylamine HA 羥胺)C(i) A(a)HNHHOC(a)HAHNHHHOHNHHOHNHHOHNHHONHNH2OH (Hydroxylamine HA 羥胺)C(i3、嵌合劑的致突變作用吖啶橙 (Acridine Orange AO) 扁平染料分子溴化乙錠 (Ethidium Bromide EB )-ATTTTTCG -TAAAAA