外源性化学物的致突变作用.ppt

外源性化学物的致突变作用,本次课程的主要内容,一、遗传物质的结构和功能 二、遗传损伤的分类 三、遗传毒性的形成机制 四、突变的后果 五、突变的遗传学终点 六、基因突变的分类和检测 七、机体对突变的作用： 八、致突变实验的组合实验 九、抗突变研究的进展,一、遗传物质的结构和功能,基因、染色体与DNA,DNA，基因和染色体的关系 DNA的复制：是遗传物质的自我复制，属于半保留复制，其中只有一个母板才能进行复制 遗传法则 染色体的基本结构：,真核生物染色体的特点,1.非重复序列 2.中度重复序列 3.高度重复序列卫星DNA 4.多基因家族 5.中断基因：一个蛋白质的基因组成是由许多不连续的基因外显子组成,蛋白质的合成,1.mRNA与遗传密码 2.tRNA的结构和功能 3.核糖体,突变的物质基础,突变的概念： 突变一般情况对机体是有害的 基因组与基因组计划：人类只有一个基因组，大约有万个基因。人类基因组计划是美国科学家于年率先提出的，旨在阐明人类基因组亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。计划于年正式启动1999年，中国获准加入人类基因组计划，承担1%也就是号染色体上的万个碱基对的测序任务，成为参与这一计划的惟一发展中国家。 总召集人:杨焕明 南方组:陈竺,北方组:强伯勤,突变与癌变,二次突变学说 突变与癌变的相关性,遗传物质的分布,大部分在核内，分布为染色体 小部分在核外细胞器上如：线粒体DNA，无内含子，是自由基攻击的重点 共同点：都受到膜的保护，因此只有具有膜通透性或代谢为可以通透膜的物质才具有遗传毒性,二、遗传损伤的分类,1基因突变 2 染色体畸变 3染色体数目的异常 4.DNA损伤 5.诱重组效应,1.基因突变 （1）单点突变和多点突变：转换和颠换 （2）移码突变 （3）基因的大片段损伤：也称基因重排 （4）同义、错义和无义突变 （5）正向突变和回复突变： 野生型 突变型 （6）其他类型的突变：例如发生在内含子或调节基因编码上的突变（如启动子）,正向突变,反向突变,2 染色体畸变 概念：由于染色体或染色单体发生断裂，造成染色体或单体的缺失、重排，而出现的染色体或染色单体结构异常，也称为染色体结构畸变 如果一条染色体畸变称为结构杂合体 如果一队同源染色体产生了相同的结构变异，称为结构纯合体 一般情况下，物质只能诱发DNA单链断裂 （1）断裂 （2）断片或微小的缺失 （3）倒位 （4）形成无着丝粒染色体环 （5）插入和重复 （6）易位 （7）着丝粒融合发生的染色体的畸变 （8）其他情况,3.染色体数目的异常 多倍体或单倍体,4.DNA损伤 包括 （1）是制DNA分子中一级结构中的碱基、脱氧核糖和磷酸的改变 （2）二级或三级结构及其构象动态变化的异常 其中以（1）中的碱基改变最常见，也最严重,5.诱重组效应 同源DNA序列之间的遗传重组是减数分裂的一部分，并对构成群体的遗传变异是必需的，发生在形成配子的过程中,三、遗传毒性的形成机制,一.直接以DNA为靶的损伤机制 二.不以DNA为靶的损伤机制,机制研究：碱基损伤,1外源性化学物对DNA的直接攻击，如烷化剂，可以非特异的攻击DNA 平面大分子嵌入DNA链造成的突变 碱基取代；很多抗癌药物的原理；5-FU 化学物对碱基的化学结构的改变和破坏。,机制研究 DNA 链的损伤,对DNA三级结构产生影响，DNA螺旋破坏 与基因中蛋白质共价结合，特别是与组蛋白共价结合 DNA加合物的形成 氧化损伤使DNA结构断裂,机制研究,对纺锤体的毒作用 对DNA修复的酶的作用（MGMT和PARP） 改变体内微量元素的分布，从而影响DNA的合成和修复；如铅的遗传毒性 外源性物质对GJIC的影响，1是直接影响GJIC的功能，二是通过影响细胞的信使影响GJIC 定标损伤，非定标损伤，旁观者效应 ，用荧光黄如何设计实验,四、突变的后果,对生殖细胞而言：可以遗传给后代，造成子代的病变或者在子代中潜伏下来，形成遗传负荷 对体细胞而言是造成肿瘤，衰老，动脉硬化的原因,五、突变的遗传学终点,DNA完整性改变（形成加合物，断裂，交联） DNA重排或交换 DNA碱基序列改变 染色体完整性改变 染色体分离异常,六、基因突变的分类和检测,碱基置换：野生型P53转变为突变型P53 检验 TA100 移码突变：TA98 大段损伤 所有这些都可以用分子生物学手段，通过PCR技术后，电泳分出需要的条带，用内切酶酶切后再电泳，就可以分析DNA组成，或者直接让公司分析,基因突变的非特异检测手段新技术 SCGE,原理： 观察 目的 可以观察的内容：DNA损伤，DNA结合 细胞调亡,染色体畸变,断裂 倒位 插入和重复 易位 检查方法：微核技术：,微核技术,原理：检测染色单体损伤或纺锤体损伤 观察,姐妹染色体交换技术,程序外DNA合成,也称非程序性DNA合成：当DNA受损伤时，发生在S期半保留DNA程序合成之外的DNA合成,染色体数目异常,3倍体 检测手段：核型检查，用普通光学显微镜，遗传学手段就可以,新技术,转基因鼠：转入鼠一个含有转录起始位点，5非翻译区，翻译起始密码子，终止密码子，3非翻译区和一个PolyA的基因序列 方法：1原核显微注射法（受精卵直径70m照射器0.75m) 2逆转录病毒感染法 3胚胎干细胞法,新技术,荧光原位杂交（FISH）,七、机体对突变的作用：1修复突变,光修复 适应性修复 切除修复（糖基化酶，插入酶，聚合酶，连接酶） 修复后修复 SOS修复,机体对突变的作用：抵抗突变,代谢酶的多态性 研究的比较我的是CYP1A1，P450系，脱氢酶等 修复功能的个体性差异：MGMT PARP,八、致突变实验的组合实验,原因：一种实验往往漏检 一级实验：Ames 实验和一种体外细胞遗传学实验 二级实验：几种体外实验组合,实验方法的选择和利用,1.对实验的要求： 经费少，周期短，灵敏，特异，重复性好，结果要好 2.方法比较 基因突变要比染色体损伤敏感些 微生物实验方法不如哺乳动物实验效果好,实验方法的选择和利用,3.选择利用的原则 配套实验 先短期实验，后长期实验 先体外实验后体内实验 兼顾基因突变和染色体畸变 生殖细胞和体细胞都要考虑,实验方法的选择和利用,4.结果评价（3组实验） 剂量-反应关系 结果一致时，判定容易 结果不一致时 A：补充实验 B：增加长期实验,突变实验中需要注意的一些问题,1 对照的设立 2 S9的制备 3 盲法在实验中的应用,九、抗突变研究的进展,机制研究的方法： 先染毒 同时染毒和加研究物 先加待研究物，再染毒,考虑问题的主要角度：,待研究物对前体的代谢抑制 待研究物对细胞膜的稳定作用 待研究物对细胞染色体的稳定作用,抗突变剂对抗自由基的作用,1直接的抗自由基作用 2.作用于与自由基有关的酶：GSH，UDPGA，SOD以及,考虑问题的主要角度：,修复已经发生的突变 提高细胞间的信息传递,细胞信息传递作用在抗突变中的重要性,1.视黄醛，类胡萝卜素，绿茶成分等有机成分能增强细胞间隙信息传导 2.金属元素对细胞信息传导的影响,其他因素的影响,1.免疫因素的影响 :胡萝卜素提高免疫了也是其抗肿瘤的机制之一 2. O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶（MG