化学毒物致突变作用及其评价.ppt

第七章 化学毒物致突变作用,公共卫生学院卫生学教研室,基本概念,变异（variation）-亲代之间或子代个体之间出现不同程度的差异，这种差异称为变异 突变(Mutation)-遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。 按突变原因分为自发突变和诱发突变，自发突变与物种的进化有关；诱发突变指人为的造成突变。 致突变作用（mutagenesis）-外来因素引起细胞核中遗传物质发生改变的能力。 致突变物又称诱变剂（mutagen）-能够引起突变的物质为致突变物。,诱发突变的类型,突变,缺失(deletion): 重复(duplication): 倒位 (inversion): 易位(translocation):,整倍体（euploid） 非整倍体(polyploid),数目异常,结构异常,基因突变,碱基置换 （错配） 框移突变（缺失、插入） 大段损伤,臂间倒位 臂内倒位,染色体畸变,转换(transition) 颠换(transversion),基因突变,碱基置换（base-pair substitution）指DNA序列上的某个碱基被其他碱基所取代。分为转换和颠换两种，如图：,T,G,A,C,转换 颠换,基因突变-转换与颠换示意图,基因突变 碱基置换 (错配),A T G C T G G C T A C G A C C G,A T G C A C T G T A C G T G A C,A c G T T G G C T G C A A C C G,原 DNA,颠换,转换,基因突变 框移突变（ frame-shift mutation ）,移码突变(frameshift mutation):指改变从mRNA到蛋白质翻译过程中遗传密码子读码顺序的改变。如图： 大段损伤：大段损伤是DNA链大段缺失或插入。,C A T C A T C T C A T C A T C A T C A T C,组 组 组 组 组 组 组,C A T C A T C T C A T C A T C A T C A T,组 组 亮 异亮 异亮 异亮 异亮,移码突变以后,A,染色体畸变,染色体畸变（chromosome aberration ）:指染色体的结构或数目的改变。 染色体结构改变分为染色体型和染色单体型畸变。 常见的染色体结构畸变有：裂隙（gap）、断裂（break）、缺失（deletion）、倒位（inversion）、易位（translocation）等。 染色体数目畸变也称为基因组突变，分为整倍体和非整倍体畸变。 整倍体或多倍体畸变（euploidpolyploid）：指染色体数目的异常以染色体组为单位的增减。如形成三倍体、四倍体等。3n=69,4n=92条染色体。 非整倍体 （aneuploid）:指细胞丢失或增加一条或几条染色体。形成单体（monosome）、三体（trisonme）.2n-1,2n+1.,Fig 7.4b Metaphase human chromosomes stained with acridine orange to show R banding.,人类23对染色体核型,染色体结构的畸变,重复：染色体区段增加。 缺失：染色体片段丢失。 倒位：染色体位置颠倒。 易位：非同源染色体片段位置互换。,重复 （duplication）,重复是指染色体的片段出现多个拷贝。 重复往往可 改变基因剂量，可能造成表型的显著改变。,重复 （duplication）,重复的细胞学和遗传学效应,细胞学效应：减数分裂时，同源染色体配对出现弧状结构。弧状结构是重复的部分。 遗传学效应：出现突变，严重时死亡。,中间染色体缺失：ABCDEF ABCD F 端点染色体缺失：ABCDEF ABCDE 缺失纯合体： A B C D F A B C D F 缺失杂合体： A B C D E F A B C D F,染色体缺失,染色体缺失 (deletion),缺失的细胞学和遗传学效应,细胞学效应：减数分裂时，同源染色体配对出现弧状结构。弧状结构是正常的染色体部分。 遗传学效应：出现突变，严重时死亡。有时会出现拟显性现象。,倒位（inversion）,倒位是指染色体一 个片段发生颠倒。 倒位可能造成基因 被打碎或移位。 倒位往往形成无效 的配子，从而使计 算出的重组频率偏 低。,倒位（inversion）,倒位的细胞学效应和遗传学效应,细胞学效应：倒位杂合体在减数分裂同源染色体配对时，形成倒位环。 遗传学效应：倒位区内重组，形成不可育配子。被称为“抑制重组。”,易位 （translocation）,易位的细胞学和遗传学效应,易位是指染色体片段的转移，既可发生在非同源染色体间，亦可发生在同一条染色体的不同位置。 易位往往造成基因移位或断裂，影响基因功能。,Fig 7.22 Structure and pairing behavior of a reciprocal translocation between chromosomes., 2003 John Wiley and Sons Publishers,染色体数目的改变,整倍数改变（euploid） 单倍体 n 2倍体 2n 3倍体 3n 多倍体 4n，5n. 同源多倍体（ABC）（ABC）（ABC） 异源多倍体（ABC）（ABC）（ABC）,染色体数目的改变,非整倍数改变 (polyploid) 单体 2n-1 缺体 2n-2 双单体 2n-1-1,Fig 7.14 Meiotic nondisjunction and the origin of Down yndrome., 2003 John Wiley and Sons Publishers,化学诱变的分子机理,一、直接以DNA为靶的诱变 (一) 碱基类似物取代：如 5溴脱氧尿嘧啶核苷能取代 胸腺嘧啶，2氨基嘌呤(2-AP）能取代鸟嘌呤 (二)烷化剂的影响：甲基化乙基化高碳烷基化 (三) 致突变物改变或破坏碱基的化学结构 化学物破坏或改变碱基的结构， 有时还引起链断裂。 (四) 平面大分子嵌入DNA链,化学诱变的分子机理,二、不以DNA 为靶的间接诱变（纺锤体抑制、对酶促过程的作用） 化学物的间接诱变可能是通过对纺锤体作用或干扰与DNA合成和修复有关的酶系统。 (一) 纺锤体抑制：一些化学物能作用于纺锤体，中心粒或其他核内细胞 器，从而干扰有丝分裂过程。诱发这种作用的物质称为有丝分裂毒物，又称干扰剂。 (二) 对酶促过程的作用： 对DNA合成和复制有关的酶系统作用也可间 接影响遗传物质。,突变后果,一、体细胞突变的后果 1、最受注意的是致癌问题； 2、胚胎体细胞突变可能导致畸胎； 3、致突变物透过胎盘作用于胚胎体细胞导致流产。 二、生殖细胞突变的后果 1、致死性影响：可能是显性致死或隐性致死。 2、非致死性影响：出现显性或隐性遗传性疾病（含先天性畸形）。 3、将使基因库的遗传负荷增加。,体细胞突变,生殖细胞突变,良性肿瘤,存活突变,恶性转化,细胞衰老,未分化胚 胎细胞受损,动脉硬化,癌变,未知疾病,功能或 结构畸形,流产与死胎,胚胎综合症,生育功能障碍,遗传性疾病,基因负荷,老化,已分化胚胎细胞受损,DNA受损,显性致死,隐性致死,修复的效率,突变后果示意图,DNA损伤的修复,修复(repairing) 是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。 修复的主要类型： 光修复 (light repairing) 切除修复(excision repairing) 重组修复(recombination repairing) SOS修复 （SOS repairing）,（一）光修复,光修复酶(photolyase),UV,（二）切除修复,E.coli的切除修复机制,目 录,（三）重组修复,（四）SOS修复,当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。 在E. coli，各种与修复有关的基因，组成一个称为调节子(regulon)的网络式调控系统。 这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。,观察化学毒物致突变作用的检测方法,效应终点类型(ICPEMC)： DNA完整性改变 DNA重排或交换 DNA碱基序列的改变 染色体完整性改变 染色体分离改变,常用致突变试验,1.细菌回复突变试验(Ames试验) 常用菌株：鼠伤寒沙门氏菌 大肠杆菌 大肠杆菌,突变型细菌,野生型细菌,正向突变,回复突变,Ames试验原理示意图,常用致突变试验,2、微核试验（micronucleus test） 染色体断片、无着丝粒染色体-胞质中 体内骨髓多染红细胞（PCE） 体外：CHL、CHO、V79 周围血微核试验 免疫荧光染色法 荧光原位杂交法,常用致突变试验,3、染色体畸变分析（chromosome aberration analysis）,收集细胞,低渗,固定,染色,阅片,照相,Fig 7.1 Preparation of cells for cytological analysis, 2003 John Wiley and Sons Publishers,常用致突变试验,4、姐妹染色单体交换试验（sister-chromatid exchang,SCE） 指染色体同源座位上DNA复制产物的相互交换。,5%Giemsa染色,抗凝血0.3ml,BrdU,PRMI16404ml PAH0.25ng,37oC避光培养48h,37oC培养24h,秋水仙素,培养2-4h,离心 低渗 固定 制片,紫外线照射30min,阅片,姐妹染色单体交换(SCE)试验,常用致突变试验,5、果蝇伴性隐性致死试验,常用致突变试验,X Y,+ XX,X X + XY,X X,X Y,XX,XY,XY,F1,F2,XY,诱变剂,诱变剂,SLRL 试验原理,常用致突变试验,6、单细胞凝胶电泳试验（Comet技术路线）,1.0%NMA,0.5NMA100u,0.7%LMA100ul +细胞混悬液,0.7%LMA,溶解 （4oC至少4h）,展开20min,电泳 25v 300mA,中性化（3-5次）,染色,镜检,加盖玻片,Image Anal