遗传毒理学课件.ppt

1、 遗传毒理学遗传毒理学 山西医科大学卫生毒理教研室山西医科大学卫生毒理教研室 郑金平郑金平1ppt课件1、遗传毒理学基本概念、遗传毒理学基本概念2、遗传毒性形成的主要机制、遗传毒性形成的主要机制3、遗传毒性后果及其遗传毒理学应用、遗传毒性后果及其遗传毒理学应用4、遗传毒理学研究方法、遗传毒理学研究方法 讲授内容讲授内容 2ppt课件一、基本概念一、基本概念n遗传毒理学遗传毒理学（genetic toxicology）研究环境因素对机体遗传物质和遗传过程的作研究环境因素对机体遗传物质和遗传过程的作用用,阐明遗传毒性对机体健康的后果及其作用阐明遗传毒性对机体健康的后果及其作用机制机制,为防止环境因

2、素对遗传物质的损伤、增为防止环境因素对遗传物质的损伤、增加生物的遗传负荷，保护生态平衡和人体的健加生物的遗传负荷，保护生态平衡和人体的健康提供科学依据的一门毒理学分支学科。康提供科学依据的一门毒理学分支学科。3ppt课件（一）遗传毒性的类型（一）遗传毒性的类型n基因突变基因突变（gene mutation）n染色体畸变染色体畸变(chromosome aberration)染色体结构畸变染色体结构畸变 （structural chromosome aberration）染色体数目改变染色体数目改变 （numerical chromosome aberration）nDNA损伤损伤 4ppt课件

3、5ppt课件1、基因突变n是指基因在结构上发生了碱基对组成和排列序列的改变n1、碱基置换n2、移码突变n3、三核苷酸重复n4、大段损伤6ppt课件碱基置换 base substitutionn转换 transition A-G C-Tn颠换 transversion A-C T C-A G G-C T T-A G7ppt课件移码突变 frameshift mutationn碱基插入或缺失 1或非3的倍数-移码 3或3的倍数-整码突变8ppt课件三核苷酸重复（triplet repeats）n又称三联体重复、三核苷酸扩展n即一特定的三联核苷酸扩增，重复数目超过正常数目如：正常人基因中CCG/CC

4、G 三核苷酸正常重复6-54次，而在脆性X综 合症的人体内重复50-1500次。在强直性肌营养不良症、亨廷顿（Huntingtons）病中也有此异常重复9ppt课件大段损伤 large segment damagen指DNA链大段（数个至数千个碱基）的插入或缺失（可波及两个或数个基因）10ppt课件基因突变基因突变的分类的分类1.按突变发生原因分类按突变发生原因分类 2.按遗传信息的改变分类按遗传信息的改变分类3.按突变效应的方向分类按突变效应的方向分类4.按基因结构改变类型分类按基因结构改变类型分类自发突变诱发突变点突变移码突变三核苷酸重复大段损伤同义突变错义突变无义突变正向突变回复突变11

5、ppt课件2、染色体结构畸变、染色体结构畸变n染色体畸变染色体畸变:由于染色体或染色单体断裂，由于染色体或染色单体断裂，造造成染色体或染色单体缺失，或引起各种重排，成染色体或染色单体缺失，或引起各种重排，从而出现染色体结构异常的称为染色体畸变或从而出现染色体结构异常的称为染色体畸变或染色体结构畸变染色体结构畸变n断裂剂断裂剂:凡能引起染色体断裂的物质凡能引起染色体断裂的物质n断裂作用断裂作用:染色体断裂作用的发生或过程即为染色体断裂作用的发生或过程即为断裂作用。断裂作用。12ppt课件2、染色体结构畸变、染色体结构畸变n染色体型畸变 chromosome-type aberrationn染色单

6、体型畸变 chromatid-type aberration13ppt课件染色体结构畸变的类型 裂隙（gap）断裂（break）14ppt课件染色体结构畸变类型1、裂隙(gap)和断裂(break)2、断片(fragment)、微小体(minute body)和缺失(deletion)3、环状染色体(ring chromosome)和无着丝粒环(acentric ring)4、倒位(inversion)5、插入(insertion)和重复(duplication)6、易位(translocation)15ppt课件染色体结构畸变类型n着丝粒融合（centic fusion），又称罗伯逊易位(R

7、obersonian translocation)n等臂染色体(isochromosome)16ppt课件17ppt课件18ppt课件19ppt课件3、染色体数目改变n整倍体（euploid）n非整倍体（aneuploid）舟舟 Down氏综合征（21染色体三体综合征）20ppt课件4、DNA损伤 DNA分子结构的任何异常改变都是DNA损伤。包括DNA分子一级结构脱氧核糖、磷酸和碱基的损伤，DNA分子二级结构、三级结构及其构象动态变化的异常改变。DNA损伤的主要类型有DNA单链断裂、双链断裂、DNA链内（碱基）交联、DNA链间交联、DNA（碱基）与蛋白质的交联以及化学物与DNA碱基间的交联、D

8、NA加合物等。21ppt课件二、遗传毒性形成机制二、遗传毒性形成机制1.DNA损伤机制2.遗传损伤与DNA修复3 不以DNA为靶的遗传毒性机制22ppt课件1.DNA损伤机制损伤机制n碱基类似物的渗入碱基类似物的渗入n嵌合剂的致突变作用嵌合剂的致突变作用n转座成分的致突变作用转座成分的致突变作用n碱基的化学修饰作用碱基的化学修饰作用nDNA加合物和交联分子形成加合物和交联分子形成n甲基化作用甲基化作用nDNA构象改变构象改变n增变基因增变基因nDNA氧化性损伤氧化性损伤23ppt课件(1)碱基类似物碱基类似物(base analogue)的取代的取代 常见的碱基类似物：常见的碱基类似物：5溴脱

9、氧尿嘧啶（溴脱氧尿嘧啶（5-Brdu）T 2氨基嘌呤氨基嘌呤(2AP)A24ppt课件碱基类似物碱基类似物(base analogue)的取代的取代NNNNNNNOOCH3HHHT:ANNNNNNNOOHHHBr5-BrdU:ANNNNONNNOBrO HHHH5-BrdU:G NNNNHONNNON HHHHC:G25ppt课件（2）嵌合剂的致突变作用嵌合剂的致突变作用 有些大分子能以静电吸附形式嵌入有些大分子能以静电吸附形式嵌入DNADNA单链的单链的碱基之间或碱基之间或DNADNA双螺旋结构的相邻多核苷酸链双螺旋结构的相邻多核苷酸链之间，称为嵌入剂之间，称为嵌入剂(intercalati

10、on)(intercalation)。它们多。它们多数是多环的平面结构，特别是三环结构，其长数是多环的平面结构，特别是三环结构，其长度为度为6.86.8l0l022nmnm，恰好是，恰好是DNADNA单链相邻碱基距单链相邻碱基距离的两倍。如果嵌入到新合成的互补链上，就离的两倍。如果嵌入到新合成的互补链上，就会使之缺失一个碱基；如果嵌入到模板链的两会使之缺失一个碱基；如果嵌入到模板链的两碱基之间，就会使互补链插入一个碱基。无论碱基之间，就会使互补链插入一个碱基。无论多或少一个碱基都造成移码突变。多或少一个碱基都造成移码突变。吖啶橙acridineacridine、原黄素、原黄素、吖黄素 26pp

11、t课件（3）转座成分的致突变作用转座成分的致突变作用n转座子是存在于DNA上可自主复制和移位的基本单位。转座子的转移过程叫转座n哺乳动物的DNA病毒和反转录病毒移码突变基因中断基因失活基因结构改变有害基因27ppt课件（4）碱基的化学修饰作用碱基的化学修饰作用n 有些化学物可改变有些化学物可改变DNA碱基的结构而后改变碱基的结构而后改变其配对功能而引起突变其配对功能而引起突变 亚硝基亚硝基(HNO2)-氧化性脱氨氧化性脱氨羟胺羟胺(NH2OH)-胞嘧啶衍生物胞嘧啶衍生物烷化剂烷化剂-烷基化作用烷基化作用28ppt课件亚硝基亚硝基氧化性脱氨氧化性脱氨 29ppt课件 亚硝基亚硝基氧化性脱氨氧化性

12、脱氨30ppt课件亚硝基亚硝基氧化性脱氨氧化性脱氨31ppt课件羟胺羟胺-胞嘧啶衍生物胞嘧啶衍生物32ppt课件烷化剂修饰n提供烷基n氮芥类、乙撑亚胺类、磺酸酯及多元醇类、亚硝基脲类、三氮烯咪唑类和肼类n硫酸二甲脂、甲基磺酸脂、乙基磺酸乙脂33ppt课件（5）DNA加合物和交联分子的形成加合物和交联分子的形成 加合物（adduct）：指亲电子性化学物与DNA作用形成共价结合物许多化学诱变剂或其活化物分子上存在一个未配对的外层电子，具有缺乏电子的特点，是亲电子剂（electrophlic reagent），化学性质活泼，极易与蛋白质或核酸等大分子物质中富含电子的分子基团（亲核位点，如-SH、-O

13、H、-N-等）发生共价结合，形成加合物或交联分子 34ppt课件参与形成参与形成DNA 加合物的活性化学物加合物的活性化学物天然或人工合成的化合物天然或人工合成的化合物：多环芳烃、芳胺、亚硝胺、霉菌毒素、农药、各种烷化剂（烷基硫酸醋、N亚硝基化合物、氮芥和硫芥等环状烷化剂和卤代亚硝基脲等）等内源性内源性：雌二醇等35ppt课件n大加合物大加合物n代表物：多环芳烃、生物毒素、黄曲霉毒素代表物：多环芳烃、生物毒素、黄曲霉毒素B和芳香胺类和芳香胺类n后后 果：果：DNA的立体构象发生明显变化，阻断受损部位的立体构象发生明显变化，阻断受损部位n DNA的半保留复制和转录。的半保留复制和转录。n小加合物

14、小加合物n代表物：烷化剂、亚硝基化合物代表物：烷化剂、亚硝基化合物n后后 果：对果：对DNA的构象影响较小，易导致碱基错误配对。的构象影响较小，易导致碱基错误配对。36ppt课件共价结合的位点共价结合的位点 DNA加合物的形成并非简单、随机的事件，而要涉及到特定的电子和立体化学结构。化学物质可能在化学物质可能在DNA的碱基的碱基、磷、磷酸二脂键和戊糖的不同位置上形成加合酸二脂键和戊糖的不同位置上形成加合物物37ppt课件共价结合的位点n碱基易被烷化的位置为鸟嘌呤的N3、N7和O6，腺嘌呤的N1、N3和N7，胞嘧啶的N3和O2，胸腺嘧啶的N3、O2和O4。DNA链上磷酸酯键上的氧也可受到烷化。3

15、8ppt课件NNNNN H2123456789NN HOOC H3NHNNONH2NNNN H2O123456AGTC39ppt课件共价结合的位点n有些诱变剂与DNA共价结合的位置是比较专一的：如乙酰氨基芴（AAF）仅特异地作用与鸟嘌呤的C-8位，烷化剂对于多核苷酸链上的全部氧和氮原子，除连接戊糖的氮以外，均能在中性环境产生烷化作用。但已知N亚硝基化合物主要与氧反应，并多数攻击鸟嘌呤的O6位，而烷基硫酸酯几乎完全与氮反应，并多数攻击鸟嘌呤的N7位。多环芳烃加合物主要形成在鸟嘌呤的C-8位。40ppt课件形成加合物的后果 1、碱基错配、碱基错配NNNNHONNNON HHHHHNNNNONCH3

16、NNOOCH3HHC：G T：O-6-甲基-G O-6鸟嘌呤烷化后的碱基配对41ppt课件形成加合物的后果 2、脱嘌呤作用（、脱嘌呤作用（depurination）如鸟嘌呤的N一7位发生烷化后可导致鸟嘌呤从DNA链上脱落，致使在该位点上出现空缺，即碱基缺失(base deletion)，其结果是移码突变。偶然可能在复制时，其互补位置上随机配上一个碱基，于是导致转换或颠换。42ppt课件形成加合物的后果 3、DNA链断裂链断裂 大的DNA加合物能阻断DNA的复制 DNA加合物可发生在戊糖骨架或磷酸上，造成磷酸二脂键的断裂43ppt课件形成加合物的后果 4、交联形成、交联形成 多功能烷化剂常使DN

17、A链内、链间或DNA与蛋白质之间发生交联(cross linkage)。发生交联后的DNA链不易修复或发生易错修复，因而高度致突变；也经常发生染色体或染色单体断裂，并易发生致死性突变。交联也可能继发于脱嘌呤作用。紫外线、电离辐射导致形成嘧啶二聚体 44ppt课件（6）异常甲基化作用异常甲基化作用 5mC5mC是人基因组中最常见的一种是人基因组中最常见的一种DNADNA修饰修饰方式。方式。DNADNA合成完成后不久，在合成完成后不久，在DNADNA甲基甲基转移酶作用下，以转移酶作用下，以5-5-腺苷甲硫氨酸作为腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，使合成的甲基供体，使合成的DNADNA进行甲基化修饰。进行甲

18、基化修饰。甲基化的维持是调节基因表达的一个重甲基化的维持是调节基因表达的一个重要机制要机制.在人基因组中，有在人基因组中，有70%-90%70%-90%的的5mC5mC发生在发生在CpGCpG二核苷酸中二核苷酸中45ppt课件5-甲基胞嘧啶（5mC）CpGCpG在基因组中的分布是非随机的，约在基因组中的分布是非随机的，约15%15%的的CpGCpG发生发生5mC5mC甲基化。但这些甲基化甲基化。但这些甲基化的的CpGCpG一般是分散存在的，而一般是分散存在的，而“CpGCpG岛岛”（约（约1-2kb1-2kb长的长的CGCG二核苷酸片段，哺乳动二核苷酸片段，哺乳动物基因组会有约物基因组会有约3

19、0003000个这样的个这样的CpGCpG岛，彼岛，彼此间隔平均约此间隔平均约100kb100kb，他的存在一般提示，他的存在一般提示结构基因的起点）一般是不甲基化的。结构基因的起点）一般是不甲基化的。46ppt课件异常甲基化作用异常甲基化作用nDNA异常甲基化是人类肿瘤中常见的改变，且异常甲基化是人类肿瘤中常见的改变，且广泛参与了肿瘤的发生、发展过程。广泛参与了肿瘤的发生、发展过程。DNA异异常的低甲基化可造成染色体不稳定，促进染色常的低甲基化可造成染色体不稳定，促进染色体的断裂、易位和丢失、以及原癌基因的激活；体的断裂、易位和丢失、以及原癌基因的激活；而而DNA异常高甲基化主要发生在抑癌基

20、因的启异常高甲基化主要发生在抑癌基因的启动子区域，是造成基因表达失活的重要机制之动子区域，是造成基因表达失活的重要机制之一，一，DNA异常甲基化作为分子生物标志物，异常甲基化作为分子生物标志物，在肿瘤的诊断、治疗和预后中均显示出广阔的在肿瘤的诊断、治疗和预后中均显示出广阔的应用前景应用前景47ppt课件异常甲基化作用异常甲基化作用异常甲基化异常甲基化基因失活基因失活突变热点突变热点直接机制是指直接机制是指Cp G Cp G 岛甲基化岛甲基化干扰干扰TF(TF(转录因子转录因子)与调控区与调控区DNA DNA 的结合。间接机制包括甲的结合。间接机制包括甲基化基化DNA DNA 结合蛋白与甲基化结

21、合蛋白与甲基化DNA DNA 特异结合而抑制基因转录特异结合而抑制基因转录及及DNA DNA 甲基化改变染色质结构甲基化改变染色质结构,阻碍阻碍TF TF 与与DNA DNA 结合从而抑制结合从而抑制转录转录48ppt课件异常甲基化作用异常甲基化作用异常甲基化异常甲基化基因失活基因失活突变热点突变热点基因中极易受攻击的位置，其突变基因中极易受攻击的位置，其突变频率大大高于平均数，这些位点就频率大大高于平均数，这些位点就称为称为突变热点突变热点(hot spots of mutation)。突变热点并非完全随机分布诱发突突变热点并非完全随机分布诱发突变和自发突变中均有突变热点变和自发突变中均有突

22、变热点。形成原因形成原因：5甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶(5mC)存在，存在，5mC经经脱氨形成胸腺嘧啶。脱氨形成胸腺嘧啶。在短的连续重复序列处容易发生插在短的连续重复序列处容易发生插入或缺失突变，突变热点还与突变入或缺失突变，突变热点还与突变剂有关剂有关 49ppt课件5-甲基胞嘧啶（5mC）5-甲基胞嘧啶 胸腺嘧啶脱氨C：G T：G T：A 转换NNN H2O123456CH3NNHOOCH350ppt课件5-甲基胞嘧啶（5mC）在目前已经报道的880种引起人类遗传病的碱基置换中，有38%的点突变发生在CpG二核苷酸中，且其中有86.6%属于 C T或G A转换，这种突变均由5mc脱氨所致51pp

23、t课件5-甲基胞嘧啶（5mC）n人体基因组中的突变热点：如白蛋白基因（ALB）-球蛋白基因（HBA）-球蛋白基因（HBB）葡糖-6-磷酸脱氢酶基因（PAH）C蛋白基因（PROC）抗凝血酶III基因（AT3）VIII因子基因（F8）及IX因子基因（F9）等。52ppt课件（7）DNA的构象改变的构象改变n乙酰氨基芴（AAF）和N2氨基芴（AF）都作用于鸟嘌呤的C8位形成加合物，但结果有异，AAF主要导致移码，而AF主要导致颠换。发现在形成加合物时AAF插入DNA中，使鸟嘌呤凸出，于是导致DNA双螺旋局部变性，而AF则保持在双螺旋之外，不引起变性。又如，AAF对GGCGCC序列中的某一鸟嘌呤作用形

24、成加合物，则产生-2移码突变的同时还出现该热点（基因中极易受攻击的位置）局部由BDNA（左旋DNA的一种）变为ZDNA（右旋DNA）的构象改变。53ppt课件（8）增变基因增变基因n生物体内有些基因的突变与整个基因组的突变率直接相关。当这些基因突变时，整个基因组的突变率明显上升，因此把这些基因称为“增变基因（mutator genes）”。目前了解的有两类，一类是DNA聚合酶的各个基因。如果DNA聚合酶的3 5校对功能丧失或降低，则使突变率升高而且随机分布。另一类是dam基因和 mut 基因，如果这些基因突变，则错配修复系统功能丧失，引起突变率升高。54ppt课件（9）DNA氧化性损伤氧化性损

25、伤n内源性活性氧、热、辐射、内源性活性氧、热、辐射、药物、重金属、药物、重金属、多环芳烃多环芳烃OH可攻击T的C-5和C-6双键，中间产物可与O2反应生成胸嘧啶乙二醇，阻断DNA复制OH和O2直接与DNA分子反应导致DNA链断裂、碱基修饰和DNA蛋白交联等OH和H攻击糖残基引起DNA的碎裂、碱基丢失、链断裂加成鸟嘌呤生成8-羟基鸟嘌呤55ppt课件2.DNA损伤与修复n化致突变学的模式：结构损伤 损伤修复 突变固定 突变56ppt课件（1）光复活（photoreactivztion）phr基因 TT T T光裂合酶长波紫外线和短波可见光直接修复：针对紫外线损伤产生的胸腺嘧啶二聚体57ppt课件

26、（2）O6 烷基鸟嘌呤-DNA烷基转移酶“适应性反应”，又称O6 甲基鸟嘌呤修复 甲基鸟嘌呤 鸟嘌呤O6 甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶 (甲基鸟嘌呤转移酶,MGMT)可修复：烷基可修复：烷基 甲基、乙基、正丙基、正丁基、甲基、乙基、正丙基、正丁基、2-氯乙基、氯乙基、2-羟乙基、异丙基、异丁基羟乙基、异丙基、异丁基半胱氨酸残基58ppt课件（3）碱基切除修复（base excision repair,BER）CpGGpCmeTpGGpC pGGpCTTDG pGGpCAPE1CpGGpCXRCC1polBLIG3CpGGpCLIG1-3XRCC1polBTDGAP缺口59ppt课件（3）碱基切

27、除修复（base excision repair,BER）CpGGpCmeTpGGpC pGGpCTTDG pGGpCAPE1CpGGpCXRCC1polBLIG3CpGGpCLIG1-3XRCC1polBTDGAP缺口 主要针对氧化损伤、化学修饰和辐射引起的碱基损伤修复水解碱基水解碱基与脱氧核与脱氧核糖间糖间N-糖糖苷键苷键5-AP内切核酸酶内切核酸酶脱氧核糖磷酸酶脱氧核糖磷酸酶60ppt课件主要的DNA糖基化酶n尿嘧啶-DNA糖基化酶n错配特异DNA糖基化酶 G/T-错配特异DNA糖基化酶 A/G-错配特异DNA糖基化酶n针对烷化碱基的DNA糖基化酶 3-甲基鸟嘌呤-DNA糖基化酶 5-甲

28、基胞嘧啶-DNA糖基化酶61ppt课件主要的DNA糖基化酶n识别氧化碱基的DNA糖基化酶 胸嘧啶乙二醇-DNA糖基化酶 尿素-DNA糖基化酶 羟甲基尿嘧啶-DNA糖基化酶 5-甲酰基尿嘧啶-DNA糖基化酶 Fpg家族（MutM和Fapy-DNA糖基化酶）oxoG系统（如hOGG1）62ppt课件(4)核苷酸切除修复（nucleotide excision repair，NER）损伤XPC-hHR23BXPARPATFIIH识别解旋切除ERCC1-XPFXPGXPBXPD核苷酸切除修复核酸酶解螺旋酶POLLIG3复制因子C修复合成26-27针对引起螺旋变形的针对引起螺旋变形的DNA损伤损伤如紫外

29、线、苯并如紫外线、苯并a芘、顺铂等芘、顺铂等引起的化学性加合物引起的化学性加合物PCNADNA聚合酶，63ppt课件（5）错配碱基修复（mismatch base repair）CH3CH3错配修复蛋白MutH,MutLMutS,ATP解旋酶核酸外切酶POL3LIGE人类：人类：hMsh2,hMsh3,hMsh6 hMIh1,hPms1,hPms2 外切核酸酶外切核酸酶1，FEN1 DNA聚合酶聚合酶，DNA DNA复制因子复制因子RPARPA，RF-CRF-C 细胞增殖核抗原细胞增殖核抗原PCNAPCNA GATCGATC1、识别并除去错配的碱基对、识别并除去错配的碱基对2、碱基活性修饰、碱

30、基活性修饰-5mC脱氨基作用脱氨基作用3、遗传重组产生的含有错配核苷酸、遗传重组产生的含有错配核苷酸的的DNA异源双链异源双链64ppt课件（6）DNA单链和双链断裂的修复nDNA单链断裂：依赖BER后期起作用的同一些酶进行处理和连接。之前，由外切核酸酶切除“擦破”的末端和由DNA激酶使5端磷酸化。多聚（ADP-核糖）聚合酶-1（poly(ADP-ribose)polymerase-1,PARP1）对单链断裂起一过性的保护作用，起到抗重组效应。65ppt课件（6）DNA单链和双链断裂的修复nDNA双链断裂：1、单链退火 2、非同源末端连接 3、同源重组66ppt课件非同源性末端连接（NHEJ）

31、Ku70、Ku80DNA-pkcsXRCC1DNA-PK复合体将两个断端牵合在一起而促进两相对末端联会，DNA-PK可使结合至相对末端的KU和DNA-pkcs发生反式磷酸化，导致DNA-pkcs解离并激活KU的解旋酶活性，使DNA末端解旋而发生微同源序列配对。-连接 常有短缺失（常有短缺失（16个核苷酸）个核苷酸）连接KU70（XRCC6）KU80（XRCC5）DNA-pkcs（XRCC7）-DNA依存性蛋白激酶67ppt课件重组修复 RAD52群基因在人类，已经克隆了5个RAD52 同源基因：hRAD50,hMRE11,hRAD51,hRAD52,hRAD54XRCC2，XRCC3，hRAD

32、51B,hRAD51C,hRAD51D,hDMC1,68ppt课件（7）复制后修复（post relication repair）n跨损伤的DNA合成 是一种耐受修复，复制时，DNA聚合酶将从DNA上解离而在新合成的链上留下一个缺口，DNA聚合酶跨过损伤合成。缺口通过重组作用及链延长作用填补。DNA损伤依然存在69ppt课件（7）复制后修复（post relication repair）SOS修复nSOS系统只在细胞受到严重损伤或复制系统受到抑制系统只在细胞受到严重损伤或复制系统受到抑制时才出现时才出现 n特点：一种旁路系统，允许新生特点：一种旁路系统，允许新生DNA链越过胸腺嘧啶链越过胸腺嘧

33、啶 二聚体而生长；二聚体而生长；保真度降低；保真度降低；“好死不如赖活着好死不如赖活着”n参与的酶：参与的酶：recA酶酶 LexA酶酶n这个系统是在这个系统是在DNA分子受到大范围的损伤情况下防止分子受到大范围的损伤情况下防止细胞死亡而诱导出的一种应急措施，是使细胞通过一细胞死亡而诱导出的一种应急措施，是使细胞通过一定水平的变异来换取最后幸存手段。定水平的变异来换取最后幸存手段。借用国际通用的借用国际通用的紧急呼救信号（紧急呼救信号（save our souls）“SOS”命名，表示命名，表示细胞受到危急状态时的修复方式。细胞受到危急状态时的修复方式。70ppt课件由于由于SOS修复是一种错

34、误修复，修复是一种错误修复，SOS系统可造成很高的突变率，在哺乳动物系统可造成很高的突变率，在哺乳动物中也有类似机制，可能与癌变有关，因此受到高度重视，对于其修复的机制中也有类似机制，可能与癌变有关，因此受到高度重视，对于其修复的机制还有许多问题有待于进一步研究。还有许多问题有待于进一步研究。71ppt课件 损伤修复与突变需要关注的几个问题：1、DNA损伤修复错误错误修复2、DNA损伤修复能力和缺陷nDNA损伤修复酶的多态性n有害因素对DNA合成和修复酶系统的损害n修复酶系统的甲基化3、细胞周期的关卡作用在DNA损伤修复的意义MGMTERCC1XRCC1XRCC372ppt课件73ppt课件

35、细胞周期的关卡作用细胞周期的关卡作用G1 S G2G0 MDNA损伤关卡损伤关卡 时相顺序关卡时相顺序关卡1、传感器部分、传感器部分2、制动部分、制动部分3、检修部分、检修部分4、处理部分、处理部分DNA损伤信号细胞停滞DNA损伤修复凋亡细胞分裂G1G2G1关卡关卡G2关卡关卡S关卡关卡纺锤体关卡纺锤体关卡74ppt课件 细胞周期的关卡作用细胞周期的关卡作用E2F抗增殖信号抗增殖信号P16P21P27DNA损伤损伤pATMP53CLN DCLN DCDK4/6CDK4/6PRBCLN ECDK2CLN ECDK2E2FPRB-P有丝分裂剂有丝分裂剂基因表达基因表达G1/S期进展期进展CDK抑制

36、因子抑制因子P16 P15P19 P21P27 P107GRDD45细胞周期蛋白依存于细胞周期蛋白的激酶细胞转录活化因子75ppt课件3、不以DNA为靶的作用机制 1.非整倍体和整倍体的诱发非整倍体和整倍体的诱发2.对纺锤体的毒作用对纺锤体的毒作用3.对对DNA合成和修复有关的酶系统的作用合成和修复有关的酶系统的作用4.修复与突变修复与突变76ppt课件非整倍体和整倍体的诱发非整倍体和整倍体的诱发不分离 染色体遗失 染色体桥 核内再复制减数分裂 77ppt课件对纺锤体的毒作用对纺锤体的毒作用n与微管蛋白二聚体结合与微管蛋白二聚体结合n与微管上的琉基结合与微管上的琉基结合n破坏已组装完成的微管破

37、坏已组装完成的微管 n妨碍中心粒移动妨碍中心粒移动 n其它作用其它作用 78ppt课件DNADNA损伤损伤修复的效率修复的效率生殖细胞突变生殖细胞突变 显性显性致死致死隐性隐性致死致死存活存活突变突变动脉动脉硬化硬化未知未知疾病疾病癌癌变变老老化化出生缺陷出生缺陷(流产流产/死死胎胎)癌变癌变 出生缺陷出生缺陷(功能或结功能或结构畸形构畸形)流产流产死产死产 出生缺陷出生缺陷基因负荷基因负荷先天性疾病先天性疾病三、遗传毒性的后果三、遗传毒性的后果79ppt课件遗传毒理学的应用遗传毒理学的应用 1.诱变剂的检测诱变剂的检测 2.致突变机制研究致突变机制研究 3.遗传生物标志物的研究遗传生物标志物

38、的研究 4.遗传损伤与疾病遗传损伤与疾病 5.抗突变研究抗突变研究 6.易感人群的筛查易感人群的筛查 7.健康危险度的评定健康危险度的评定 80ppt课件1、诱变剂的检测、诱变剂的检测n化学物质、环境污染物、放射线和放射化学物质、环境污染物、放射线和放射元素、药物、农药、毒素、食品添加剂、元素、药物、农药、毒素、食品添加剂、病毒等病毒等n检测方法研究检测方法研究n慢性或低剂量接触条件下慢性或低剂量接触条件下DNA损伤损伤81ppt课件3、遗传损伤与疾病、遗传损伤与疾病n人类疾病相关基因的识别与鉴定 病变组织？非病变组织n致病基因的识别与鉴定 动物模型-基因替代、治疗n疾病分子机制的研究 基因结

39、构突变？表达水平改变？n病因学研究 诱变因素 致病基因（标志物）82ppt课件3、遗传损伤与疾病、遗传损伤与疾病n肿瘤人类致癌物人类致癌物癌基因癌基因抑癌基因抑癌基因增变基因增变基因易感基因易感基因代谢酶基因代谢酶基因修复酶基因修复酶基因保护性蛋白保护性蛋白83ppt课件3、遗传损伤与疾病、遗传损伤与疾病n衰老衰老线粒体线粒体DNA突变：突变：缺失突变缺失突变 氧化性损伤氧化性损伤-8-OH-dG增长增长3倍倍84ppt课件3、遗传损伤与疾病、遗传损伤与疾病n动脉粥样硬化动脉粥样硬化6-磷酸葡糖脱氢酶磷酸葡糖脱氢酶(G-6-PD)n原发性高血压原发性高血压血管紧张素转换酶（血管紧张素转换酶（A

40、CE）血管紧张素原基因（血管紧张素原基因（AGT）-adducin基因基因 2-类上腺素受体基因类上腺素受体基因 G-蛋白蛋白3亚单位基因亚单位基因(GNB3)上皮钠通道上皮钠通道亚单位基因亚单位基因(ENaC)85ppt课件3、遗传损伤与疾病、遗传损伤与疾病n高脂蛋白血症高脂蛋白血症 型型 型型 型型 脂蛋白脂酶脂蛋白脂酶(LPL)低密度脂蛋白受体低密度脂蛋白受体 载脂蛋白载脂蛋白E 载脂蛋白载脂蛋白C-II （LDLR）n非胰岛素依赖型糖尿病非胰岛素依赖型糖尿病 胰岛素基因、胰岛素基因、胰岛素受体基因胰岛素受体基因 葡萄糖激酶、线粒体葡萄糖激酶、线粒体tRNA基因基因86ppt课件4、生物

41、标志物（、生物标志物（Biomarker）n1987年,美国全国科学理事会(NRC)生物标志物委员会将生物标志物描述为反反映生物系统或样本中所发生事件映生物系统或样本中所发生事件(event)的指标，并将其视为研究接触外源化学的指标，并将其视为研究接触外源化学物与健康损害之间关系的工具物与健康损害之间关系的工具。n其广义定义为：测定生物系统与外源化测定生物系统与外源化学物之间相互作用关系的一种特异测量学物之间相互作用关系的一种特异测量指标指标87ppt课件4、生物标志物（、生物标志物（Biomarker）n遗传毒性生物标志物：利用人体不同生物材料反映遗传毒物接触水平、生物学效应和机体对遗传毒物

42、反映能力与水平的生物学标记，就是生物标志物n暴露生物标志物暴露生物标志物n效应生物标志物效应生物标志物n易感生物标志物易感生物标志物88ppt课件暴露生物标志物暴露生物标志物n用以反映机体生物材料中，外源性化学用以反映机体生物材料中，外源性化学物或其代谢产物或外源性化学物与某些物或其代谢产物或外源性化学物与某些靶细胞或靶分子交互作用产物的含量。靶细胞或靶分子交互作用产物的含量。尿尿1-羟基芘羟基芘-多环芳烃多环芳烃89ppt课件 效应生物标志物效应生物标志物n机体中可测定的生化、生理、行为和其他改变机体中可测定的生化、生理、行为和其他改变的指标，这些改变与化学物导致的健康效应或的指标，这些改变

43、与化学物导致的健康效应或疾病相关联疾病相关联 DNA加合物加合物 癌基因癌基因 MN 抑癌基因抑癌基因 SCE 特定基因特定基因 突变？产物突变？产物 8-OH-dG90ppt课件易感性生物标志物易感性生物标志物n反映机体先天具有的或后天获得的对接反映机体先天具有的或后天获得的对接触外源性化学物产生反应能力的指标触外源性化学物产生反应能力的指标 代谢酶基因多态性代谢酶基因多态性-CYP1A1，DNA修复损伤修复酶基因多态性修复损伤修复酶基因多态性-XRCC1,2,3 保护机制多态性保护机制多态性-HSP70?91ppt课件理想的生物标志物的特征理想的生物标志物的特征n与机制紧密相关与机制紧密相

44、关n敏感性和特异性敏感性和特异性n标准化的方法标准化的方法n便于现场使用便于现场使用n方法难度方法难度n非创伤性非创伤性n高通量分析高通量分析n费用适当费用适当92ppt课件5、抗突变研究抗突变研究n抗诱变剂分类（机制）抗诱变剂分类（机制）去诱变剂(desmutagen):使诱变剂灭活的物质 生物抗诱变剂(bioantimutagen):干预突变表达的物质93ppt课件抗诱变剂分类（作用部位）n细胞外作用的诱变剂：细胞外作用的诱变剂：阻止诱变剂摄入和形成阻止诱变剂摄入和形成 灭活已存在的前诱变剂和诱变剂灭活已存在的前诱变剂和诱变剂 94ppt课件抗诱变剂分类（作用部位）n细胞内作用的诱变剂细胞

45、内作用的诱变剂 阻止诱变剂到达靶位点或阻止其于靶作用点发生作用阻止诱变剂到达靶位点或阻止其于靶作用点发生作用 抑制终变剂形成抑制终变剂形成 增强机体解毒酶活性增强机体解毒酶活性 直接与诱变剂结合直接与诱变剂结合 消除已经存在的致突变的自由基消除已经存在的致突变的自由基 阻止转化细胞表达阻止转化细胞表达 阻止突变阻止突变DNA修复修复 95ppt课件6、易感人群的筛查n遗传缺陷n基因多态性 代谢酶类代谢酶类 修复酶类修复酶类 免疫类免疫类 保护性蛋白类保护性蛋白类96ppt课件7、危险度评定危险度评定（risk assessment）n在人群水平上，定性和定量地评估危害因素导致人类不良健康效应的

46、可能性。主要由四部分组成：危害鉴定、剂量危害鉴定、剂量-反反应关系评价、接触评定和危险度描述应关系评价、接触评定和危险度描述97ppt课件 四、遗传毒性检测方法 1、遗传学终点、遗传学终点2、试验组合的原则、试验组合的原则3、常用的试验方法、常用的试验方法98ppt课件1、遗传学终点n试验观察到的现象所反映的事件称为遗传学终点(genetic end point)。99ppt课件1、遗传学终点遗传学终点 国际环境致突变物致癌物防护委员会(ICPEMC)于1983年提出致突变试验的遗传学终点分为五类：DNA完整性的改变（形成加合物，断裂、完整性的改变（形成加合物，断裂、交联）；交联）；DNA重排

47、或交换；重排或交换；DNA碱基序列的改变；（基因突变）碱基序列的改变；（基因突变）染色体完整性的改变；（染色体畸变）染色体完整性的改变；（染色体畸变）染色体分离改变。染色体分离改变。100ppt课件2、试验组合的原则 应包含应包含5 5个遗传终点的原则；个遗传终点的原则；包含原核生物与真核生物的原则；包含原核生物与真核生物的原则；包含体内试验与体外试验的原则；包含体内试验与体外试验的原则；包含生殖细胞和体细胞的原则。包含生殖细胞和体细胞的原则。101ppt课件3、常用的试验方法、常用的试验方法 （1）基因突变测试）基因突变测试 （2）染色体畸变检测）染色体畸变检测 （3）DNA损伤标志的检测损

48、伤标志的检测 （4）现代分子生物学技术在基因突变检测中）现代分子生物学技术在基因突变检测中的应用的应用 102ppt课件 1、基因突变测试、基因突变测试n微生物突变分析微生物突变分析 n哺乳动物细胞突变分析哺乳动物细胞突变分析n昆虫突变分析昆虫突变分析n哺乳动物体内突变分析哺乳动物体内突变分析 1、沙门氏菌、沙门氏菌-组氨酸回复组氨酸回复 突变分析突变分析(Ames)2、穿梭质粒、穿梭质粒(XYLE-邻苯二酚氧化酶邻苯二酚氧化酶)103ppt课件细菌回复突变试验（细菌回复突变试验（Ames试验）试验）正向突变野生型菌株（原养型）突变型菌株（组胺酸营 养缺陷型）回复突变 代谢活化系统 受试物 图

49、3-4 Ames试验原理104ppt课件 1、基因突变测试、基因突变测试n微生物突变分析微生物突变分析 n哺乳动物细胞突变分析哺乳动物细胞突变分析n昆虫突变分析昆虫突变分析n哺乳动物体内突变分析哺乳动物体内突变分析 正向突变分析正向突变分析 次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸鸟嘌呤磷酸核糖转移酶核糖转移酶(HGPRT)胸腺嘧啶核苷激酶胸腺嘧啶核苷激酶(TK)105ppt课件哺乳动物细胞正向突变分析哺乳动物细胞正向突变分析（1）tk基因座（胸腺嘧啶核苷激酶）：基因座位于常染色体，其基因产物为胸苷激酶(TK)。该酶催化胸苷的磷酸化反应，使生成胸苷单磷酸(TMP)，进一步生成DNA复制所必需的胸苷三磷酸。

50、如果存在5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)或三氟胸苷(TFT)等类嘧啶类似物，则产生异常的TMP，而异常TMP的存在将导致细胞死亡。如在受检物存在下，细胞对Brdu或TFT等发生抗药性，则说明tk基因座发生了突变。106ppt课件哺乳动物细胞正向突变分析哺乳动物细胞正向突变分析 （2）hgprt基因座（次黄嘌呤鸟嘌呤转磷酸核糖基酶）(HGPRT)的编码基因hgprt位于人和啮齿动物的X染色体。由于X染色体在雌性有一条处于失活姿态，所以hprt基因座在雌雄两性是分别处于功能上的和结构上的单倍状态。HPRT催化次黄嘌呤和鸟嘌呤生成相应的核苷单磷酸（NMP），后者进一步合成DNA。如在6-巯基嘌呤（6