dna的损伤与修复研究进展

DNA 的损伤与修复研究进展 班级：动科 1201B 姓名：田晓楠 学号：1238130123 摘要: 本文重点介绍了 DNA 损伤的各种诱因，DNA 损伤与修复的分子学机制，及其在肝 癌治疗中的应用前景，还有哺乳类动物细胞线粒体 DNA 的修复的最新研究进展，为以后的 科学研究提供了一定的参考价值。 关键词： DNA 损伤 肝癌 线粒体 DNA DNA 修复 细胞的生物信息大多储存在细胞核中,脱氧核糖核苷酸就是我们平时所说的 DNA（脱氧核糖 核苷酸）,DNA 由鸟嘌呤，腺嘌呤，胸腺嘧啶，胞嘧啶和脱氧核糖组成 ,因为碱基排列顺序 的多样化，所以可以包含丰富多彩的生物信息。DNA 损伤，也称作 DNA 突变，是 DNA 在 复制过程中发生的 DNA 核苷酸序列永久性改变，并导致遗传特征改变的现象，DNA 损伤的 类型分为：转换，颠换，缺失，插入。DNA 损伤为自然选择和生物进化提供了分子学基础。 DNA 损伤发生的原因有自发突变和诱发突变。紫外线和各种辐射等物理因素以及化学药品 汽车废气等化学因素也可以诱发 DNA 损伤。DNA 一直是放疗、化疗的重要靶点,在肿瘤的 治疗中有非常重要的意义。如何诱导肿瘤细胞 DNA 损伤,防止 DNA 损伤的修复,进而诱导肿 瘤细胞的坏死与凋亡,是肿瘤治疗研究的重点。 1 细胞 DNA 损伤修复的分子机制 DNA 是辐射损伤的靶分子, 各种物理的化学的以及细胞自发产生的因毒素均可造成 DNA 分 子结构损伤,这些损伤包括 DNA 单链断裂、双链断裂、糖基氧化、碱基修辞， DNA 链间交 联,以及 DNA-蛋白质之间的交。体内氧化代谢过程中产生了大量对人体有害的自由基,它们 与各种损伤一起使细胞产生诸如 DNA 单链断裂、碱基丢失以及对嘌呤与嘧啶的一些修饰, 可能与细胞存活以及细胞凋亡有关。DNA 的损伤修复系统包括:错配修复: 负责切除 DNA 复制时发生的错误配对碱基,并充填正确碱基。人类细胞具有修复连续 5 个以上碱基的能力。 碱基切除修复:针对单个碱基受自由基的作用产生的损伤,切除并修复。核酸切除修复: 对于环境刺激加紫外线或化学物质产生的 DNA 损伤,这样的损伤往往是相当大的 ,由此种修 复系统识别并修复。DNA 切除修复系统是一系列酶。例如, 嘌呤嘧啶内切酶、修复聚合酶和 连接酶参与各种 DNA 损伤的切除修复。转录偶联修复: 这也是一种核酸切除修复系统, 转 录基因即将进行蛋白质翻译。它的损伤修复比非转录基因的修复迅速。 DNA 损伤与修复在神经细胞死亡中的作用。研究发现,神经元变性或缺血性损害中常有细胞 慢性死亡或者凋亡现象,它们的 DNA 脆性增加。我们推测缺血神经元有修复 DNA 损伤的能 力,细胞内外的损伤因子引起核内 DNA 损伤后可通过 p53 的作用察觉 DNA 损伤,细胞出现阻 滞,DNA 修复的机会,DNA 修复系统负责修复损伤 DNA,从而保护缺血神经元免受进一步损害。 典型疾病是 AtaxiaTelangiectasia(AT,毛细血管扩张性共济失调症),这种 AT 病人的 DNA 极易 受到紫外线及放射线的损伤,使我们有机较 DNA 损伤修复对增殖细胞及终末分化神经元的 影响, 以至对 DNA 损伤与修复在神经元中的特点有了进一步的认识。通过同源性分析发现 AT 基因编码的蛋白质部分与磷脂酰肌-3- 激酶(PI-3) 催化亚基的激酶功能区非常相似,与酵母 TOR1、TOR2 蛋白及其哺乳细胞同源蛋白也有很高同源性(40%50%)。PI-3 是细胞信号传导 途径中介导物,在细胞生长分化中起到重要作用。TOR1 和 TOR2 则在控制细胞 G1 期方面发 挥功能,而 rad3 对于 G2/M 转换是必需的 ,并参与 DNA 损伤的识别,阻滞细胞周期以利于损伤 修复。从突变的 AT 基因在 Purkinje 细胞导致变性, 而同一基因可致增殖细胞癌变这一现象 充分提示:导致增殖细胞癌变的因素如果作用于神经元,常可造成神经元变性。因此 DNA 损 伤及修复异常可能是神经元变性凋亡的重要机制。 2 肝癌 DNA 损伤与修复的相关基因研究 最近，随着分子生物学技术的发展，对于肝癌研究越来越多的人们着手于癌症发生的分子 机制的研究，尤其是与 DNA 损伤与修复有关基因的研究，例如 ATM、APE1 和 PARP 等基因 都有人研究。ATM 基因的功能最近有很多人研究，练建平等在由 X 射线导致的 HepG2 细胞 中 DNA 损伤与修复 ATM 的作用做了相关研究。他们采用基因沉默技术将 ATM 基因沉默后 显示抑制 ATM 表达可显著抑制肝癌细胞对辐射损伤的修复，为后期研究 ATM 在肝癌治疗 中的作用机制提供了实验基础。同时 ATM 的研究可能是未癌放射治疗的一个新的方向。另 外，VENTURINASTAGNI 等的研究表明 ATM 是 DNA 损伤诱导的凋亡和细胞死亡因子的联系 者。由此推测，ATM 除了具有传导 DNA 损伤信号外，还可能在 DNA 发生严重损伤时诱导 细胞凋亡中发挥重要作用。hOGG1 基因也是参与 DNA 损伤修复的基因之一。hOGG1 是修 复 8-羟基鸟嘌呤主要的 DNA 糖苷酶，hOGG1 基因中 Cys/Cys 基因型增高肝癌风险。张昊等 发现 OS 引发的 DNA 损伤主要是 8 羟基鸟嘌呤高突变损伤，这种损伤主要通过 hOGG1 来进 行 DNA 损伤修复。TAOPENG 等的实验也证明了这一点。APE1/Ref-1 是一种多功能蛋白，具 有 DNA 损伤修复的能力，对维持 DNA 的稳定和调节细胞因子的表达具有重要作用，它能 够对 OS 产生细胞应激同时参与碱基切除修复方式。张沁宏等研究当 DNA 损伤时，APE1 会 过表达或者表达异位同时 p53 基因突变，最终都能导致肝癌的发生。另外,APE1/Ref-1 在肝 移植患者中细胞质含量与癌症分级呈正相关，推测 APE1/Ref-1 可以作为肝移植患者癌症复 发的标记物。但是对于其是下游的信号通路发挥作用的还没有研究。肝癌的发生有可能跟 遗传易感基因有关，有研究表明通过致癌因素影响，发现 XPD（人类着色性干皮病基因） 基因 Lys751Gln 和 XRCC1 基因 Arg399Gln 多态性是肝癌的遗传易感因素，751Gln 和 399Gln 基因是肝癌的风险基因，并且这两种基因多态性与肝癌暴露危险因素在肝癌的发生中存在 交互作用，可以推测肝癌的发生可能跟遗传基因有关。总之，目前对于 DNA 损伤和修复基 因（蛋白）有了很多研究，但是这些研究都着重于单基因（蛋白）的研究，目前还较少有 着重于各个基因（蛋白）之间信号通路的研究，如 ATM、DNA-PK 、PARP-1 以及 hOGG1、APE1 等基因之间是否存在直接联系，以及其下游信号通路的研究。 肝癌 DNA 损伤与修复的相关药物研究。随着人们对 DNA 损伤与修复在肝癌中的研究，越 来越多的药物也在从这个方面入手治疗肝癌。目前有很多新型药物在研究，如 SEITZ 等的 实验主要是将化学药物争光霉素作用于肝癌细胞，能够引起 DNA 损伤，从而导致 p53、p63 和 p73 上调，进而促进前凋亡因子 Bcl-2 家族成分，同时 Apaf1、BNIP1 、Pdcd8 和 RAD 的表达量也增加，最终诱导细胞死亡因子的形成，随着死亡因子的积累，肝癌细胞 最终死亡。ZHANG 等的研究采用了一种细胞周期药物（6- 溴-5-羟基-甲氧苯甲醛）作用于肝 癌细胞，最终细胞 DNA 双链断裂，出现多纺锤体，多核等现象，最终导致有丝分裂不正常， 从而诱发细胞死亡，这是一种治疗肝癌的策略。另外，CHO 等的研究证实了 Xylocydine 是 一种新的细胞周期依赖蛋白酶的抑制剂，它能够在体内或体外通过诱导 DNA 损伤有效地抑 制肝癌细胞的活性。此外，大豆异黄酮是一种促进肝癌细胞死亡的药物，SU 等研究发现它 主要是肝癌细胞停止在 G2/M 期，引发 DNA 损伤，从而最终导致肝癌细胞的死亡，它的作 用与 Bcl-2 和 Bcl-XL 的表达量有关系。因此，随着对于 DNA 损伤修复分子机制的完善，越 来越多的新型分子药物会被研究，这些都有可能是新的治疗人类肝癌的药物，为人类战胜 癌症提供了新的可能。 3 哺乳类细胞线粒体 DNA 的修复 细胞的能量来源于线粒体,是氧化还原反应的主要场所。由于线粒体内的 DNA 与氧化还原 体系非常接近,因此它更容易受到损伤。如果线粒体 DNA 修复功能缺失,就会导致线粒体功 能失调和一些退行性病变,如:能量平衡的改变和一些病理生理状态的改变,衰老和癌症等。 在线粒体内,存在着专门用于碱基切除修复的酶。人们在哺乳动物细胞内分离出了能够识别 并剪切 AP 位点的核酸内切酶。随后,人们又用细胞线粒体内的酶,与含有非正常碱基的 DNA 底物, 在体外成功地进行了重构修复实验。最近的研究表明,在线粒体内存在线粒体 DNA 连 接酶和线粒体 DNA 聚合酶 B,这些酶都是碱基切除修复所必要的酶。一部分修复蛋白在生理 状态下存在一定的基础表达量,另一部分修复蛋白在生理状态下不表达,只有在 DNA 受到损 伤时表达,DNA 损伤的存在是这些蛋白表达的必要条件。DNA 损伤诱导产生的修复蛋白对细 胞是有很多好处的。首先,细胞可以节约能量、物质;其次,修复蛋白在错误的时间表达会产 生严重的结果。例如,大肠杆菌在紧急(SOS) 反应下,会以受损的 DNA 为模版合成新的 DNA;如 果 SOS 反应下蛋