北京大学《药物毒理学》5遗传毒理学1课件.ppt

1、死亡死亡 中毒，患病中毒，患病 亚临床变化亚临床变化 体内过量负荷体内过量负荷 致突变作用致突变作用 致癌作用致癌作用毒作用效应谱毒作用效应谱 (spectrum of toxic effects)(spectrum of toxic effects)基因突变基因突变（gene mutation)base-pair substitution mutation frame shift mutation 染色体突变染色体突变(chromosome mutation)chromosome aberration chromatrid aberration 基因组突变基因组突变(genomic muta

2、tion)aneuploid euploidATCGGCGTGACGATCATATAT 基因突变基因突变（gene mutation)base-pair substitution mutation frame shift mutation 染色体突变染色体突变(chromosome mutation)基因组突变基因组突变(genomic mutation)基因突变基因突变（gene mutation)染色体突变染色体突变(chromosome mutation)chromosome aberration chromatrid aberration 基因组突变基因组突变(genomic muta

3、tion)aneuploid euploid 基因突变基因突变（gene mutation)染色体突变染色体突变(chromosome mutation)基因组突变基因组突变(genomic mutation)aneuploid euploid 物种物种 体细胞体细胞(2n)(2n)性细胞性细胞(n)(n)物种物种 体细胞体细胞(2n)(2n)性细胞性细胞(n)(n)人人 46 23 46 23 猫猫 38 1938 19 大鼠大鼠 42 21 42 21 兔兔 44 2244 22 小鼠小鼠 40 20 40 20 狗狗 78 3978 39 与微管蛋白二聚体结合，妨碍微管的正确组装，发生细

4、与微管蛋白二聚体结合，妨碍微管的正确组装，发生细胞分裂完全抑制。如秋水仙碱、长春花碱、长春新碱等。胞分裂完全抑制。如秋水仙碱、长春花碱、长春新碱等。与微管上的巯基结合，细胞分裂不完全抑制。如铅、锌、与微管上的巯基结合，细胞分裂不完全抑制。如铅、锌、汞、砷等。汞、砷等。破坏已组装好的微管。如灰黄霉素、秋水仙碱、乙酰甲破坏已组装好的微管。如灰黄霉素、秋水仙碱、乙酰甲基秋水仙碱、长春花碱可导致组装好的微管解聚；毛地基秋水仙碱、长春花碱可导致组装好的微管解聚；毛地黄皂苷能通过非特异的蛋白质变性作用而破坏微管；异黄皂苷能通过非特异的蛋白质变性作用而破坏微管；异丙基丙基N N氨基甲酸苯酯和其它氨基甲酸酯能

5、使微管失氨基甲酸苯酯和其它氨基甲酸酯能使微管失去定向能力。去定向能力。妨碍中心粒移动。秋水仙碱能妨碍有丝分裂早期两对中妨碍中心粒移动。秋水仙碱能妨碍有丝分裂早期两对中心粒的分离和移向两极。心粒的分离和移向两极。DNA DNA 损损 伤伤DNA DNA 损损 伤伤 感感 受受 器器DNA修复转录应答DNA损伤关卡凋亡DNA损伤修复途径损伤修复途径直接修复直接修复 光复活光复活 嘧啶二聚体、嘧啶二聚体、6-4光化合物光化合物 O6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤 DNA甲基转移酶修复甲基转移酶修复-O6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤切除修复切除修复 碱基切除修复碱基切除修复 嘧啶二聚体，氧化损伤，辐射、烷化剂引起的

6、损伤嘧啶二聚体，氧化损伤，辐射、烷化剂引起的损伤 核苷切除修复核苷切除修复 底物范围宽底物范围宽 错配碱基修复错配碱基修复 错配碱基错配碱基双链断裂修复双链断裂修复 同源重组同源重组 双链断裂双链断裂 非同源末端连接非同源末端连接 双链断裂双链断裂交联修复交联修复 DNA链内交联链内交联估计的人类内源性估计的人类内源性DNADNA损伤和修复过程损伤和修复过程 损伤类型 损伤发生率 最大修复速度 脱嘌呤 1 000 a 脱嘧啶 55 a 胞嘧啶脱氨 15 a 单链断裂 5000 2105 N7甲基化鸟嘌呤 3500 a O6甲基化鸟嘌呤 130 104 氧化性产物 120 105注：损伤发生率以

7、每小时每细胞发生次数计，最大修复速度以每小时每细 胞修复的碱基对数计，a指虽已测出实际的值，但估计最大修复速度 为发生率的2倍以上 致突变作用的不良后果致突变作用的不良后果哺乳动物诱发突变 体细胞突变 生殖细胞突变动脉粥 未知 衰老 肿瘤 畸胎 显性致死 出生缺陷样硬化 疾病 （胚胎接 （不可遗传 遗传负荷 触毒物）的改变）先天疾病 (基因突变 小的缺失 平衡易位)给有效剂量的诱变剂致癌作用多阶段模式图化学因素物理因素生物因素环境因素原癌基因原癌基因 癌基因癌基因 原癌基因点突变 原癌基因扩增 染色体易位与基因重排 原癌基因抑制解除 原癌基因缺失 人类单基因遗传病病种历年增加趋势人类单基因遗传

8、病病种历年增加趋势 1966 1968 1971 1975 1978 1983 1986 常染色体显性 837 793 943 1 215 1 489 1 827 2 201 常染色体隐性 531 629 783 947 1 117 1 298 1 420 X连锁 119 123 150 171 205 243 286合 计 1 487 1 545 1 876 2 336 2 811 3 368 3 907 在新生儿中 1患有染色体显性突变的疾病(如家族性息肉、多发性神经纤维瘤等)0.25患者有常染色体隐性突变的疾病(如着色性干皮病、苯丙酮尿症等)0.5%患有性连锁的疾病(如假肥大性肌营养障碍

9、、血友病等)0.4%的患有与易位及非整倍体等染色体异常有关的疾病 36的新生儿患先天畸形 如果包括那些通常要在晚些时候才发生的和遗传有关的多病因疾病，如心脏病、高血压和糖尿病等，受影响的人群比例可达60以上。致突变作用的不良后果致突变作用的不良后果哺乳动物诱发突变 体细胞突变 生殖细胞突变动脉粥 未知 衰老 肿瘤 畸胎 显性致死 出生缺陷样硬化 疾病 （胚胎接 （不可遗传 遗传负荷 触毒物）的改变）先天疾病 (基因突变 小的缺失 平衡易位)给有效剂量的诱变剂遗传毒理学试验 基于表型改变捡测基因突变及小缺失：通过细胞学的方法观察大的染色体损伤；直接检测DNA损伤（如DNA加合物测定，DNA链断裂

10、测定等)或间接反映DNA损伤(如DNA损伤修复发生的检测等）的试验方法。目的：评价遗传危害性 预测致癌性 分类：基因突变试验(assays for gene mutation)染色体损伤试验(assays for chromosome damage)非整倍体试验(assays for aneuploidy)DNA损伤的试验(assays for DNA damage)基因突变染色体损伤非整倍体DNA 损伤 1细菌试验鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验(Ames 试验)大肠杆菌 WP2 色氨酸回复突变试验2哺乳动物细胞试验小鼠淋巴瘤细胞或人体细胞 TK 位点基因突变试验中国仓鼠或人体细胞HGPRT 位点

11、基因突变试验3果蝇试验性连锁隐性致死突变试验4哺乳动物试验小鼠特异座位试验小鼠骨骼缺陷或白内障显性突变试验转基因动物细菌靶基因基因突变试验(小鼠或大鼠LacI 突变，小鼠 LacZ 突变)1哺乳动物细胞试验中国仓鼠细胞或人淋巴细胞染色体畸变试验细胞分裂阻断法微核试验2哺乳动物试验啮齿类骨髓或淋巴细胞染色体畸变试验骨髓多染红细胞微核试验卵母细胞、精原细胞或精母细胞染色体畸变试验小鼠精子微核试验小鼠或大鼠显性致死试验小鼠可遗传易位试验1霉菌试验酵母染色体丢失或增加检测2哺乳动物细胞试验超倍体检测丢失或增加染色体计数着丝粒标记或着丝粒荧光原位杂交微核试验3果蝇试验性染色体丢失试验4哺乳动物试验小鼠骨

12、髓细胞超倍体检测着丝粒标记或着丝粒荧光原位杂交小鼠骨髓微核试验小鼠单 X 染色体或无 Y染色体检测1细菌试验枯草杆菌重组试验大肠杆菌 SOS 系统诱发试验2哺乳动物细胞试验大鼠肝细胞程序外 DNA修复合成(UDS)试验单细胞凝胶电泳及脉冲场凝胶电泳人或中国仓鼠细胞 SCE3哺乳动物试验啮齿类骨髓 SCE啮齿类肝细胞 UDS诱变剂 DNA 加合物检测啮齿类生殖细胞 UDS 细菌回复突变试验细菌回复突变试验Bacterial reverse mutation assayBacterial reverse mutation assay -Ames Test-Ames TestAmes试验原理鼠伤寒沙

13、门氏菌 组氨酸营养缺陷型 原养型(his+)突变株(his-)代谢活化系统 受试物 正向突变回复突变Ames试验标准试验菌株的基因型菌株 组氨酸 靶部位的DNA序列 其他基因标志 突变部位 野生型 突变型TA1537 C3076 -GGGG-在G：C重复区域 rfa,uvrB -CCCC-移码突变TA97 hisD6610 -GGGGGG-在G：C重复区域 rfa,uvrB,pKM101 -CCCCCC-移码突变TA98 hisD3052 -ACC-GCC-CGG-CAG-G-ACC-GCC-GGC-AGG-rfa,uvrB,pKM101 -TGG-CGG-GCC-GTC-C-TGG-CGG-

14、CCG-TCC-TA1535 hisG46 -GAG-GGG-rfa,uvrB -CTC-CCC-TA100 hisG46 -GAG-GGG-rfa,uvrB,pKM101 -CTC-CCC-TA102 hisG428 -CAA-TAA-rfa,pKM101(pAQ1)-GTT-ATT-TA104 hisG428 -CAA-TAA-rfa,uvrB -GTT-ATT-pKM101(pAQ1)AmesAmes测试菌株的遗传特性 仅诱发一种菌株回变的化学物数仅诱发一种菌株回变的化学物数 时间 总数 TA98 TAl00 TAl535 TAl537 TAl538 WP2uvrA 19791987 1

15、05 14 31 13 8 14 2 (100)(13.3)(29.5)(12.4)(7.6)(13.3%)(23.8)19851989 174 33 62 30 14 未测 35 (100)(19.0)(35.6)(17.2)(8.0)(20.1)Maron and Ames(1983)TA97;TA98;TA100;TA102ICH TA98;TA100;TA1535;TA1537或或TA97或或 TA97a;TA102或或E.coli WP2uvrA或或 E.coli WP2uvrA(pKM101)Ames试验原理鼠伤寒沙门氏菌 组氨酸营养缺陷型 原养型(his+)突变株(his-)代谢

16、活化系统 受试物 正向突变回复突变真核细胞与原核细胞真核细胞与原核细胞DNADNA的特征的特征 真核细胞 原核细胞 主要是二倍体 主要是单倍体 DNA与蛋白质复合构成染色体 未与蛋白质复合 DNA主要存在于细胞核中 DNA在细胞质中不固定 DNA是在有丝分裂特定时期中复制 DNA复制不表现出形态学分期 叫A包含在线性染色体中 DNA常形成一圈 染色体复制与分离须依赖名为 复制与细胞器无关 中心粒的细胞器 常见重复的无功能的基因序列 DNA中全部编码基因都有功能 DNA模型中存在非编码间隔序列 未发现间隔序列 (内显子)致突变作用的不良后果致突变作用的不良后果哺乳动物诱发突变 体细胞突变 生殖细胞突变动脉粥 未知 衰老 肿瘤 畸胎 显性致死 出生缺陷样硬化 疾病 （胚胎接 （不可遗传 遗传负荷 触毒物）的改变）先天疾病 (基因突变 小的缺失 平衡易位)给有效剂量的诱变剂Ames试验原理鼠伤寒沙门氏菌 组氨酸营养缺陷型 原养型(his+)突变株(his-)代谢活化系统 受试物 正向突变回复突变