藥物遺傳毒性課件

第十五章藥物的遺傳毒性廣州中醫(yī)藥大學藥學院藥理學教研室zhangxj@張曉君一、基本概念突變(mutation)生物體遺傳物質(zhì)變化，最終導致生物遺傳信息的改變。群體：遺傳結(jié)構(gòu)變化；個體：表型變化。是遺傳物質(zhì)的一種可遺傳的變異。自發(fā)突變(spontaneousmutation)由于自然界中環(huán)境因素的作用或由于偶然的自制、轉(zhuǎn)錄、修復時的堿基配對錯誤所產(chǎn)生的突變。自發(fā)突變(spontaneousmutation)的發(fā)生率很低，它提供了生物進化的基礎(chǔ)。誘發(fā)突變(inducedmutation)由于物理、化學、生物等因素引起的突變?？烧T發(fā)突變發(fā)生的因素包括化學因素(各種化學物質(zhì))、物理因素(如電離輻射)和生物因素(如病毒)。致突變性（mutagenicity）化學物質(zhì)或其他環(huán)境因素引起遺傳物質(zhì)發(fā)生突變的能力。突變率可以精確定量檢測。遺傳毒性(genetictoxicity)泛指對基因組的損害能力，包括對基因組的毒作用引起的致突變性及染色體畸變等其他各種不同效應(yīng)。腺嘌呤胸腺嘧啶鳥嘌呤胞嘧啶磷酸脫氧核糖主鏈基因突變一個或幾個DNA堿基對的改變。

染色體畸變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)及數(shù)目改變。

端粒姊妹染色單體著絲粒組蛋白雙螺旋堿基對端粒二、基因突變與染色體突變基因突變(genemutation)

1、點突變某一堿基配對性能改變或脫落所致的突變。轉(zhuǎn)換(transition)嘌呤或嘧啶的相互取代顛換(transvertion)嘌呤和嘧啶的相互取代GCCGATTA堿基置換RNA氨基酸密碼子表甘氨酸精氨酸精氨酸色氨酸半胱氨酸酪氨酸組氨酸酪氨酸脯氨酸谷氨酸苯丙氨酸異亮氨酸甲硫氨酸纈氨酸賴氨酸丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸谷氨酰胺天冬酰胺天冬氨酸A：腺嘌呤；U：尿嘧啶；G：鳥嘌呤；C：胞嘧啶。A＝U，G≡C。點突變的后果取決于是否在蛋白質(zhì)合成過程中引起編碼氨基酸的錯誤同義突變：與密碼子的兼并性有關(guān)錯義突變：可以密碼子所編碼的蛋白質(zhì)部分或全部失活無義突變：可使蛋白質(zhì)合成提前中止，導致基因產(chǎn)物不完全或無功能錯義突變：2、移碼突變(frameshiftmutation)發(fā)生一對或幾對（三對除外）的堿基減少或增加，以致從受損點開始堿基序列發(fā)生改變，形成錯誤的密碼，轉(zhuǎn)譯成為不正常的氨基酸。誘發(fā)插入型移碼突變的化合物多環(huán)芳烴、芳香胺、黃曲霉素B1

染色體畸變(chromosomeaberration)1、染色體數(shù)目的畸變整倍體畸變：秋水仙堿非整倍體畸變：Down氏綜合征2、染色體結(jié)構(gòu)的畸變?nèi)旧w畸變裂隙(gap)

斷裂(break)斷片(fragment)和微小體(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)

重復(duplication)缺失(deletion)染色體缺失環(huán)狀染色體染色體插入染色體重復染色體臂間倒位染色體相互易位突變基因突變?nèi)旧w數(shù)目變化堿基置換移碼突變密碼子插入或丟失轉(zhuǎn)換顛換堿基插入堿基丟失非整倍體多倍性染色體畸變?nèi)笔?、斷片重復倒位易位……突變的類型小結(jié)三、致突變因素和致突變物致突變的因素：藥物等化學因素、電離福射、紫外線等物理因素、細菌和病毒等生物因素?；瘜W誘變劑：能引起生物體發(fā)生突變的化學物直接突變劑間接致變劑化學因素非烷化劑：如亞硝酸、甲醛、肼等烷化劑：甲磺酸甲酯、環(huán)磷酰胺、氮芥等芳香族化合物：苯并芘、黃曲霉毒素B1等堿基類似物：5-溴脫氧尿苷等嵌入劑：前黃素、溴乙啶等有絲分裂素：秋水仙堿、巰基丙酮酸酯等

四、突變的后果休細胞突變的后果腫瘤：原癌基因可經(jīng)點突變和染翁體畸變轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨陌┗虼蠖鄶?shù)化學致癌物通過致突變作用引起腫瘤生殖細胞突變的后果致死性后果：顯性或隱性致死非致死性后果：顯性或隱性遺傳病衰老DNA損傷的內(nèi)源性原因：自由基損傷；外源性原因：化學物質(zhì)和輻射動脈粥樣硬化一個動脈粥樣硬化斑內(nèi)的細胞來源于一個突變細胞胚體體細胞突變可致畸胎突變的不良后果突變

體細胞突變生殖細胞突變癌變動脈粥樣硬化衰亡隱性致死顯性致死顯性遺傳隱形遺傳遺傳給子代致畸流產(chǎn)或死胎藥物作用于DNA誘發(fā)基因突變和染色體畸變作用于有絲分裂或減數(shù)分裂成分誘發(fā)染色體數(shù)目畸變第二節(jié)致突變作用的分子機制一、直接作用于DNA的突變——DNA損傷或缺失導致遺傳信息的改變1、堿基類似物的取代2、烷化劑的影響3、嵌入劑嵌入DNA鏈4、DNA修復抑制劑1、堿基類似物的取代抗癌藥：氟尿嘧啶、巰嘌呤、阿糖胞苷某些物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)和DNA鏈上的堿基非常類似，稱為堿基類似物。如果這類堿基類似物在DNA合成期中存在，就能與正常堿基競爭，并取代堿基位置而摻入DNA分子中。如：5-溴脫氧尿嘧啶(5-BrU)的結(jié)構(gòu)與T相同，故可替代T與A配對。A:T→A:5BrU

堿基結(jié)構(gòu)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)稀醇式的5-BrU復制時不與A配對而與G配對，形成G:5-BrU,進行下次復制時，G與C配對，最終使A:T突變?yōu)镚:C※

烷化劑是指化學性質(zhì)活潑，能提供烷基使蛋白質(zhì)和DNA等大分子物質(zhì)發(fā)生烷基化的一類化合物。※烷化劑引起基因突變的機制較復雜，既可引起堿基置換，又可引起移碼突變，其致突變性很強?！榛瘎┓N類很多：2、烷化劑的影響烷化劑引起的DNA堿基對的改變

AGGATCCT解鏈AGGAAGGAAGGATCACT插入一個堿基嵌入嵌入AGGA模板鏈嵌入嵌入AGGATCT缺失一個堿基3、嵌入劑嵌入DNA鏈

芳香族化合物吖啶類和焦寧類等扁平分子結(jié)構(gòu)的芳香族化合物可以嵌入DNA的核苷酸序列中，導致堿基插入或丟失的移碼突變。4、DNA修復抑制劑DNA修復直接修復切除修復O6甲基鳥嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶二聚體光解酶錯配堿基修復堿基切除修復核苷酸切除修復復制后修復呼救性修復嘌呤插入酶DNA連接酶DNA是生命物質(zhì)中唯一具有自身修復能力的分子修復過程依賴多種DNA修復酶光裂合酶DNA糖基酶核酸切除酶咖啡因可抑制DNA修復酶

有絲分裂毒物作用于紡錘體、中心核或其他核內(nèi)細胞器，干擾有絲分裂過程，引起染色體分離異常，產(chǎn)生非整倍體和多倍體。主要涉及細胞分裂過程的改變?nèi)缂忓N體，細胞分裂紡錘纖維的功能發(fā)揮，著絲粒與之有關(guān)的蛋白質(zhì)作用，極體復制與分離，減數(shù)分裂時同源染色體聯(lián)合配對和重組等。二、干擾有絲分裂過程有絲分裂

真核細胞進行細胞分裂的主要方式，具有周期性細胞周期分兩個階段：分裂間期、分裂期分裂間期細胞從一次分裂結(jié)束后到下次分裂開始前細胞活動：為分裂期進行物質(zhì)準備，完成DNA分子復制和有關(guān)蛋白質(zhì)的合成，同時細胞有適度生長分裂期前期中期后期末期分裂間期結(jié)束后進入分裂期分裂期間期中期前期后期末期前期染色質(zhì)纏繞變粗，形成染色體每條染色體包括兩條姐妹染色單體，由共同的著絲點連接核膜溶解核仁消失細胞兩極發(fā)射出紡錘絲，形成紡錘體染色體散亂分布于紡錘體中央中期紡錘絲牽引染色體運動，使每條染色體的著絲點排列在細胞中央的赤道板上赤道板：細胞中央的一個平面，與紡錘體主軸垂直后期每個著絲點分裂成兩個，姐妹染色單體分開，成為兩條子染色體在紡錘絲牽引下，子染色體移動到細胞兩極末期染色體變成染色質(zhì)絲紡錘絲消失、新的核膜和核仁出現(xiàn)赤道板位置出現(xiàn)細胞板、逐漸形成新的細胞壁一個細胞分裂成兩個子細胞

秋水仙堿效應(yīng)細胞分裂抑制劑

秋水仙堿、長春新堿抑制微管蛋白的聚合細胞停滯于分裂前期染色體不分離多倍體

核內(nèi)復制巰基丙酮酸酯、秋水仙堿、6-巰基嘌呤等巰基丙酮酸酯有絲分裂停止染色體復制兩次或兩次以上多倍體

異常仿錘體形成低劑量秋水仙堿、高劑量X射線、各種麻醉劑低劑量秋水仙堿兩個中心粒兩個中心粒異步復制三級仿垂體染色體異常分離

染色體不濃縮和粘著性染色體染色體濃縮在真核細胞分裂