-第六章?lián)p傷與修復(fù)-5年制課件

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第六章DNA損傷與修復(fù)

DNAdamageandrepair曾海濤中南大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院分子生物學(xué)研究中心2

哺乳動物細(xì)胞DNA損傷的發(fā)生頻率

DNA損傷類型次·細(xì)胞-1·天–1單鏈損傷55000脫嘌呤10000脫嘧啶200O6甲基鳥嘌呤3100胞嘧啶脫氨基200胸腺嘧啶乙二醇270胸苷乙二醇703第一節(jié)DNA損傷的原因及后果電離輻射氧自由基烷化劑復(fù)制錯誤堿基類似物紫外線4一、DNA分子的自發(fā)性損傷(一)DNA復(fù)制產(chǎn)生誤差模板核酸外切酶活性DNA聚合酶Ⅰ

錯配堿基5

如大腸桿菌堿基配對的錯誤率為10-1-10-2DNA聚合酶校正后錯誤率為10-5-10-6復(fù)制后經(jīng)校正系統(tǒng)校正,錯配率為10-9左右6（二）DNA的自發(fā)性化學(xué)變化1.堿基的異構(gòu)互變DNA分子中的4種堿基各自的異構(gòu)體間都可以自發(fā)地相互變化(例如酮式-烯醇式或氨基-亞氨基之間的結(jié)構(gòu)互變),使配對堿基間的氫鍵改變。92.堿基的脫氨基作用堿基的環(huán)外氨基有時會自發(fā)脫落,從而胞嘧啶(C)變成尿嘧啶(U),腺嘌呤(A)變成次黃嘌呤(H)、鳥嘌呤（G）變成黃嘌呤(X)等。復(fù)制時,U與A配對、H與C配對就會導(dǎo)致子代DNA序列的錯誤變化。103.脫嘌呤與脫嘧啶即堿基脫落，是指從DNA上丟失了嘌呤或嘧啶，形成無堿基位點，稱為AP部位（apurine,apyrimidinesite,AP）。11復(fù)制時可以插入任何核苷酸。脫落堿基后的脫氧核糖3’端的磷酸二酯鍵易被水解,造成DNA鏈斷裂。在哺乳動物細(xì)胞基因組中,每天每個細(xì)胞因N-糖苷鍵自發(fā)水解約丟失10000個嘌呤堿基和200個嘧啶堿基。124.堿基修飾與鏈斷裂細(xì)胞在正常生理活動中產(chǎn)生的活性氧會造成DNA損傷，產(chǎn)生胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等堿基修飾物，還可引起DNA單鏈斷裂等損傷。每個哺乳類細(xì)胞每天DNA單鏈斷裂發(fā)生的頻率約為五萬次。13二、物理因素引起的DNA損傷(一)紫外線照射引起的DNA損傷同一條DNA鏈相鄰嘧啶以共價鍵連成二聚體(T-T、C-T、C-C),導(dǎo)致復(fù)制不能進(jìn)行。14胸腺嘧啶二聚體胸腺嘧啶-胞嘧啶二聚體15(二)電離輻射引起的DNA損傷直接效應(yīng):DNA直接吸收射線能量而遭損傷；間接效應(yīng):DNA周圍其他分子(主要是水分子)吸收射線能量而產(chǎn)生具有很高反應(yīng)活性的自由基，進(jìn)而損傷DNA。16電離輻射引起DNA損傷的機理間接作用直接作用17電離輻射引起DNA損傷的類型產(chǎn)生·OH自由基,導(dǎo)致堿基變化

脫氧核糖分解

DNA鏈斷裂

交聯(lián)包括DNA鏈交聯(lián)和DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)18

三、化學(xué)因素引起的DNA損傷(一)烷化劑對DNA的損傷1.堿基烷基化2.堿基脫落3.斷鏈4.交聯(lián)19鳥嘌呤胞嘧啶O6-乙基鳥嘌呤胸腺嘧啶堿基烷基化

堿基烷基化烷化劑很容易將烷基加到DNA鏈中嘌呤或嘧啶的N或O上,烷基化的嘌呤堿基配對會發(fā)生變化。20雙功能基烷化劑,化學(xué)武器氮芥、硫芥等抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等致癌物如二乙基亞硝胺等同時使兩個位點烷基化21

5-BrdU（5-BrdU-A；5-BrdU-G）酮式烯醇式(二)堿基類似物、修飾劑對DNA的損傷

亞硝酸鹽能使胞嘧啶脫氨基變成尿嘧啶（C→U）

羥胺能使胸腺嘧啶脫甲基變成胞嘧啶（T→C）

黃曲霉素B(G→T)22四、DNA損傷的后果

1.點突變(pointmutation)2.缺失(deletion)3.插入(insertion)4.倒位或轉(zhuǎn)位(transposition)5.DNA斷裂(DNAbreak)2324第二節(jié)DNA修復(fù)主要類型:錯配修復(fù)直接修復(fù)光裂合酶修復(fù)切除修復(fù)重組修復(fù)跨損傷修復(fù)(SOS修復(fù))

25一、錯配修復(fù)錯配修復(fù)可校正DNA復(fù)制和重組過程中發(fā)生的堿基錯配。錯配的堿基可被錯配修復(fù)酶識別后進(jìn)行修復(fù)。261.E.coli錯配修復(fù)機制錯配修復(fù)系統(tǒng)組成（Mismatchrepairsystem）DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)解旋酶Helicase、SSB.外切核酸酶(Ⅰ、Ⅶ、X和RecJ)、DNApolymeraseⅢ、連接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutS,L,H掃描新生鏈中錯配堿基識別新生鏈中非m6A的GATC序列酶切含錯配堿基的DNA區(qū)段27錯配修復(fù)

28錯配修復(fù)(大腸桿菌)Mis-pairedbases29錯配修復(fù)(大腸桿菌)302.真核細(xì)胞錯配修復(fù)機制31二.直接修復(fù)1.單鏈斷裂修復(fù)DNA單鏈斷裂是損傷的一種常見形式,可以通過DNA連接酶的重接而修復(fù)。

322.光分解酶(光復(fù)活酶)直接修復(fù)二聚體形成嘧啶二聚體光復(fù)活酶結(jié)合于損傷部位酶被可見光激活修復(fù)后釋放酶333.直接修復(fù)烷基化堿基O6-甲基鳥嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶344.直接插入嘌呤DNA鏈上嘌呤的脫落造成無嘌呤位點，能被DNA嘌呤插入酶(insertase)識別結(jié)合，催化游離的嘌呤堿基與DNA無嘌呤部位形成糖苷鍵。且催化插入的堿基有高度專一性、與另一條鏈上的堿基嚴(yán)格配對，使DNA完全恢復(fù)。35三、堿基切除修復(fù)（baseexcisionrepair,BER）指切除和替換由內(nèi)源性化學(xué)物作用產(chǎn)生的DNA堿基損傷,是切除修復(fù)的一種。受損堿基移除是由多個酶來完成的。主要針對DNA單鏈斷裂和小的堿基改變及氧化性損傷。36堿基切除修復(fù)37四、

核苷酸切除修復(fù)（nucleotideexcisionrepair）

體內(nèi)識別DNA損傷最多的修復(fù)通路主要修復(fù)可影響堿基配對而扭曲雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA損傷,修復(fù)時切除含有損傷堿基的那一段DNA。38核苷酸切除修復(fù)(大腸桿菌)UvrA:識別損傷部位UvrB:解旋雙鏈,3’末端內(nèi)切紫外線誘導(dǎo)uvrA、uvrB.uvrC和uvrD四種基因表達(dá)39UvrC:5’末端內(nèi)切40UvrD:解旋酶41核苷酸切除修復(fù)(基因組修復(fù)–以人為例)42核苷酸切除修復(fù)(轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)-以人為例)43GG-NER和TC-NER的共同