遺傳毒性及其評價

關(guān)于遺傳毒性及其評價第1頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六第一節(jié)基本概念第二節(jié)遺傳毒性的類型第六節(jié)遺傳毒性的評價第五節(jié)遺傳毒性的檢測方法第四節(jié)遺傳毒性的后果第三節(jié)遺傳毒性的機制第2頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六第一節(jié)基本概念第3頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六遺傳毒理學(xué)(genetictoxicology)研究環(huán)境因素對機體遺傳物質(zhì)和遺傳過程的作用,闡明遺傳毒性對機體健康的后果及其作用機制,為保護人體健康和生態(tài)平衡提供科學(xué)依據(jù)的一門毒理學(xué)分支學(xué)科?；靖拍畹?頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六突變是一種遺傳狀態(tài)，是可以通過復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu)的永久性改變第5頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六化學(xué)物質(zhì)遺傳物質(zhì)

突變(mutation)遺傳毒物(genotoxicant)

誘變劑(mutagen)致突變物能力－遺傳毒性(genetictoxicity/genotoxicity)誘變性(mutagenicity)致突變性直接致突變物—無需代謝活化

(direct-actingmutagen)間接致突變物—需代謝活化(indirect-actingmutagen)基本概念過程－致突變(mutagenesis)

第6頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六按發(fā)生方式

突變自發(fā)突變(spontaneousmutation)誘發(fā)突變(inducedmutation)頻率進程后果低漸進有益

高突然有害？第7頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六第二節(jié)遺傳毒性的類型第8頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六從遺傳學(xué)角度分類

基因突變(genemutation)染色體結(jié)構(gòu)畸變(structuralchromosomeaberration)染色體數(shù)目畸變(numericalchromosomeaberration)從發(fā)生機制角度分類

以DNA為靶的損傷(包括基因突變和染色體結(jié)構(gòu)畸變）

不以DNA為靶的損傷(主要指染色體數(shù)目畸變）第9頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六遺傳毒性類型基因突變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)畸染色體數(shù)目畸變第10頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六指基因在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了堿基對組成和排列序列的改變遺傳毒性的類型基因突變基因突變的類型(一)根據(jù)基因結(jié)構(gòu)的改變(二)根據(jù)對遺傳信息的改變(三)根據(jù)突變效應(yīng)方向分類第11頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六堿基置換(basesubstitution)：移碼突變(frameshiftmutation)三核苷酸重復(fù)(tripletrepeats)大段損傷(largefragmentdamge)遺傳毒性的類型基因突變的類型(一)根據(jù)基因結(jié)構(gòu)的改變第12頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六堿基置換(basesubstitution)——DNA核苷酸鏈上出現(xiàn)錯誤配對，某一堿基被另一堿基取代。因僅牽涉到一個堿基對，又稱點突變。轉(zhuǎn)換(transition)顛換(transvertion)遺傳毒性的類型基因突變AGTC第13頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六遺傳毒性的類型基因突變移碼突變(frameshiftmutation)

——基因編碼區(qū)內(nèi)缺失或增加的核苷酸數(shù)目不是3的倍數(shù)而改變遺傳閱讀框的突變。后果改變了產(chǎn)物的氨基酸組成，并可能使蛋白質(zhì)合成過早終止；若移碼突變發(fā)生在必需堿基，則可能是致死的；若插入或缺失三個堿基,閱讀框架不變，其產(chǎn)物常常有活性或有部分活性——整碼突變第14頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六三核苷酸重復(fù)(tripletrepeats)

又稱三聯(lián)體重復(fù)或三核苷酸擴展,即一特定的三聯(lián)核苷酸被擴增，重復(fù)數(shù)目超過正常數(shù)目目前已知有三聯(lián)體重復(fù)的遺傳?。簭娭毙约I養(yǎng)不良癥、亨廷頓(Huntington’s)病、脆性X綜合征等。遺傳毒性的類型基因突變第15頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六大段損傷(largefragmentdamge)：亦稱DNA重排指DNA序列上有較長的一段序列的重排分布,包括大段(一個堿基至數(shù)千個堿基)的插入、缺失、取代、復(fù)制、放大和倒位。這類損傷有時可波及兩個基因甚至數(shù)個基因。遺傳毒性的類型基因突變第16頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六ABCDEFGHIJABCDEKLFGHIJABCDGHIJABCKLMGHIJABCDEFDEFGHIJABCDEFGHIJABCDEFGHIJABCDEFGHIJABCDEFGHIJABCDEFGHIJABCDEFGHIJABCGFEDHIJ正常插入缺失取代重復(fù)內(nèi)重復(fù)放大倒位基因突變第17頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六遺傳毒性的類型基因突變的類型(二)根據(jù)對遺傳信息的改變同義突變:是指沒有改變基因產(chǎn)物氨基酸序列的突變，與密碼子的兼并性有關(guān)錯義突變:是指堿基序列的改變引起了產(chǎn)物氨基酸序列的改變無義突變:是指某個堿基的改變使代表某個氨基酸的密碼子變?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第18頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六(三)根據(jù)突變效應(yīng)方向分類正向突變:是指改變了野生型性狀的突變回復(fù)突變:是指突變體所失去的野生型性狀可以通過第二次突變恢復(fù)（原點恢復(fù)突變很少）

突變型野生型回復(fù)突變正向突變未發(fā)生突變的基因基因內(nèi)存在突變位點遺傳毒性的類型基因突變的類型第19頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六染色體結(jié)構(gòu)畸變遺傳毒性的類型由于染色體或染色單體斷裂，造成缺失或引起各種重排，從而出現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)的異常染色體型畸變－兩條染色單體均涉及

（DNA復(fù)制前損傷）染色單體型畸變－僅涉及一條染色單體（DNA復(fù)制后損傷）斷裂劑—凡能引起染色體斷裂的化學(xué)物質(zhì)第20頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六染色體結(jié)構(gòu)畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)畸變裂隙(gap)

斷裂(break)斷片(fragment)和缺失(deletion)

微小體(minutebody)

無著絲點環(huán)環(huán)狀染色體

雙著絲點染色體

倒位(inversion)

易位(translocation)

插入(insertion)和重復(fù)(duplication)輻射體

遺傳毒性的類型第21頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六雙著絲粒染色體和無著絲粒無著絲粒環(huán)第22頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六三輻體第23頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六四輻體第24頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六核內(nèi)復(fù)制第25頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六類型公式染色體組整倍體單倍體二倍體三倍體四倍體非整倍體單體三體四體雙三體缺體n2n3n4n2n-12n+12n+22n+1+12n-2(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABC)(ABCD)(ABCD)(A)(ABCD)(ABCD)(AA)(ABCD)(ABCD)(AB)(ABC)(ABC)注：A、B、C、D代表非同源染色體染色體數(shù)目畸變遺傳毒性的類型第26頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六第三節(jié)遺傳毒性的形成機制第27頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六致突變機制模式DNA損傷－修復(fù)－突變遺傳毒性的機制第28頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六一、DNA損傷(DNAdamage)

在遺傳毒物的作用下，DNA的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄受到阻礙遺傳毒性的機制堿基損傷DNA鏈損傷第29頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六(一)堿基損傷1.堿基錯配2.平面大分子嵌入DNA鏈第30頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六3.堿基類似物取代

BrdU(

5-脫氧尿嘧啶核苷)取代T互變異構(gòu)

堿基置換錯配（A:TG:CG:CA:T）2-AP（2-氨基嘌呤）取代鳥嘌呤互變異構(gòu)

堿基置換錯配(A:TG:C)

4.堿基的化學(xué)修飾

堿基氧化脫氨--亞硝基引起第31頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六DNA鏈上相鄰的嘧啶共價相連，形成TT、TC、CC等嘧啶二聚體H-NH-NN-HN-HNNNNO‖O‖O‖O‖CH3CH3CH3CH3UV等‖O‖OOO‖‖32(二)DNA鏈損傷1.二聚體的形成第32頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六2.DNA加合物的形成

活性化學(xué)物與DNA、蛋白等細胞大分子之間通過共價鍵形成的穩(wěn)定復(fù)合物，通常很難用一般的化學(xué)或生物學(xué)方法使其解離大加合物代表物：多環(huán)芳烴、生物毒素、黃曲霉毒素B、芳香胺類后果：DNA立體構(gòu)象明顯變化，阻斷受損部位復(fù)制轉(zhuǎn)錄或?qū)е乱拼a突變小加合物代表物：烷化劑、亞硝基化合物后果：對DNA構(gòu)象影響較小，易導(dǎo)致堿基錯配第33頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六DNA-DNA交聯(lián)

代表物：亞硝酸、絲裂霉素C、氮和硫的芥子氣、各種鉑的衍生物等后果：

DNA分子上一條鏈的堿基與互補鏈上的相應(yīng)堿基形成共價連接，致使復(fù)制時不能解鏈，復(fù)制和轉(zhuǎn)錄終止DNA鏈內(nèi)、鏈間、DNA與蛋白質(zhì)的交聯(lián)

代表物：多功能烷化劑后果：交聯(lián)后不易修復(fù)或易錯修復(fù)，高度致突變，并致染色體斷裂，易導(dǎo)致死性突變3.交聯(lián)分子的形成第34頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六堿基改變單鏈斷裂雙鏈斷裂鏈內(nèi)交聯(lián)蛋白質(zhì)間交聯(lián)DNA－蛋白質(zhì)交聯(lián)無堿基位點鏈間交聯(lián)DNA損傷的常見類型

堿基類似物的取代鏈間嵌入DNA鏈斷裂DNA堿基修飾堿基烷化和共價結(jié)合DNA－DNA交聯(lián)DNA－蛋白質(zhì)交聯(lián)……第35頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六二、DNA修復(fù)

DNA損傷修復(fù)按其機制可分為:損傷修復(fù)機制（repairmechanisms）損傷耐受機制（tolerancemechanisms）遺傳毒性的機制第36頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六(一)損傷的逆轉(zhuǎn)—直接修復(fù)損傷修復(fù)機制(repairmechanisms)

堿基切除修復(fù)(Baseexcisionrepair,BER)

(二)切除修復(fù)切除和替換損傷的DNA堿基受損堿基移除由DNA糖基化酶啟動,由多個酶共同完成主要針對DNA單鏈斷裂、小的堿基改變及氧化性損傷第37頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六核苷酸切除修復(fù)(Nucleotideexcisionrepair,NER)

最常見，是體內(nèi)識別DNA損傷最多的修復(fù)通路在DNA內(nèi)切酶、外切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶等共同作用下，將DNA受損部位切除，并以另一條完整的DNA鏈為模板，再填補切去的部分第38頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六第39頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六（四）鏈斷裂的修復(fù)（五）交聯(lián)修復(fù)（六）跨損傷的DNA合成（三）錯配修復(fù)(mismatchrepair,MMR)第40頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六損傷耐受機制(tolerancemechanisms)-未清除DNA損傷，但可允許細胞存活（一）重組修復(fù)－復(fù)制后修復(fù)

（二）SOS修復(fù)

在大腸桿菌，阻止DNA復(fù)制的損傷等可誘發(fā)SOS修復(fù)系統(tǒng)，即誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生特殊的DNA聚合酶，以不嚴格的堿基配對使復(fù)制通過損傷部位通過SOS修復(fù)，細胞得以存活，但常導(dǎo)入錯誤的堿基，故為易錯修復(fù)第41頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六常見的DNA損傷及其修復(fù)機制DNA損傷因素

DNA損傷類型修復(fù)機制X射線氧自由基烷化劑自發(fā)脫堿基單鏈斷裂無堿基位點氧化性堿基堿基切除修復(fù)紫外線多環(huán)芳烴嘧啶二聚體大分子DNA加合物核苷酸切除修復(fù)抗癌藥（如順鉑絲裂霉素）雙鏈斷裂鏈間交聯(lián)雙鏈斷裂修復(fù)（同源重組修復(fù)和末端連接）復(fù)制錯誤烷化劑堿基錯配堿基缺失堿基插入錯配修復(fù)第42頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六錯配修復(fù)切除修復(fù)直接修復(fù)雙鏈損傷單鏈損傷單個核苷酸的短補片添加轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)性NER多個核苷酸的長補片合成全基因組NER堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)非同源性末端連接同源重組DNA修復(fù)第43頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六三、整倍體和非整倍體的形成對DNA合成和修復(fù)有關(guān)的酶系統(tǒng)的作用對紡錘體的毒作用

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

遺傳毒性的機制第44頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六表觀遺傳突變(epimutation)與突變環(huán)境因素可以通過基因組的可遺傳的變異導(dǎo)致有害的表型改變。然而,突變并不是基因組可遺傳變異的唯一機制。環(huán)境物質(zhì)也可直接或間接改變甲基化模式和表觀遺傳狀態(tài)等非DNA序列信息，導(dǎo)致功能基因表達改變，引起表型的改變。

第45頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六遺傳毒物的作用機制第46頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六致突變機制模式DNA損傷－修復(fù)－突變第47頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六第四節(jié)遺傳毒性的后果第48頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六遺傳毒物遺傳毒性的后果衰老未分化的胚胎細胞受損流產(chǎn)死胎結(jié)構(gòu)或功能畸形腫瘤？已分化的胚胎細胞受損動脈硬化生殖細胞突變

體細胞突變不育遺傳負荷增加流產(chǎn)死胎遺傳病遺傳負荷(geneticload):一個群體由于有害等位基因存在而使適應(yīng)度下降的現(xiàn)象。以人群中平均每個個體攜帶的有害基因的數(shù)量來表示。第49頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六第五節(jié)遺傳毒性的檢測方法第50頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六檢測基因突變

檢測染色體畸變檢測DNA損傷

第51頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六檢測基因突變

細菌回復(fù)突變試驗哺乳動物細胞基因突變試驗昆蟲突變試驗哺乳動物體內(nèi)突變分析

昆蟲突變試驗第52頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六檢測基因突變

分子生物學(xué)技術(shù)基因組測序基因芯片轉(zhuǎn)基因動物突變檢測系統(tǒng)……第53頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六檢測染色體畸變哺乳動物體外細胞遺傳學(xué)分析哺乳動物體內(nèi)細胞遺傳學(xué)分析第54頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六檢測DNA損傷DNA鏈斷裂程序外DNA合成(UDS)DNA加合物的檢測DNA修復(fù)的檢測姐妹染色單體交換（SCE）

單細胞凝膠電泳第55頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六第六節(jié)遺傳毒性的評價第56頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六根據(jù)不同的測試對象和目的選擇試驗組合遺傳試驗組合的原則試驗組應(yīng)能檢測多個遺傳學(xué)終點指示生物應(yīng)包括幾個進化階段，至少要包括原核細胞與真核細胞兩個系統(tǒng)應(yīng)包括體細胞和生殖細胞突變試驗應(yīng)包括體內(nèi)試驗與體外試驗體外試驗應(yīng)包括加與不加代謝活化系統(tǒng)第57頁，共62頁，2022年，5月20日，10點50分，星期六一些國家新藥遺傳毒性評價的項目試驗項目日本

歐共體

加拿大

中國

微生物回復(fù)突變試驗++++哺乳動物培養(yǎng)