F_DNA 损伤、修复和重组.ppt

DNA损伤、修复和重组,突变和突变发生（mutationandmutagenesis)DNA损伤（DNAdamage）DNA修复（DNArepair）重组（recombination）,突变概念,突变（mutation）DNA分子碱基序列的可遗传改变突变体（mutant）与野生型（+）相对突变剂（mutagen）突变发生（mutagenesis）自发突变（spontaneousmutation）诱发突变（inducedmutation）,1.DNA碱基序列改变的多少单点突变（pointmutation）碱基替换（basesubstitution）转换（transition）A-TG-C颠换（transversion）A-TT-A碱基增加（baseaddition）碱基删除（basedeletion）多点突变（multiplemutation）,突变类型,2.对遗传信息的改变无声突变（silentmutation）GAG(Glu)GAA(Glu)中性突变（neutralmutation）GAG(Glu)GAC/U(Asp)错义突变（missensemutation）GAG(Glu)AAG(Lys)无义突变（nonsensemutation,Chainterminationmutation）GAG(Glu)UAG(Stop),渗漏突变（Leakymutation）人的蚕豆病（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）移框突变（frameshiftmutation）3.对外界环境的敏感性非条件突变（nonconditionalmutation）条件突变（conditionalmutation）温度敏感型突变(tsmutant,temperature-sensitive),1.根据错误碱基的产生方式直接诱变(directmutagenesis)错配碱基没有被DNA修复系统去除如：5-BU间接诱变(indirectmutagenesis)转移损伤DNA合成（translesionDNAsynthesis）在下一轮复制：模板链可以修复/子链产生突变定向的（targetted）/非定向的（untargetted）SOS修复系统（原核生物）DNA聚合酶（真核生物）,突变发生类型,2.根据是否有突变剂的参与,突变发生,突变发生类型,自发突变（spontaneousmutation）1.碱基错配错配修复(mismatchrepair)2.碱基互变异构：亚氨基A*-C,C*-A；烯醇式T*-G,G*-T3.脱嘌呤(depurination)APendonucleases4.脱氨基(deamination)CU/尿嘧啶-N-葡糖基酶(100C/genome/day/humancell)突变热点（Hotspots）CMeC(4%)G-CG-T(MeCdeamination)不能被mismatchrepair修复诱发突变（inducedmutation）,物理突变剂高能离子辐射（X射线，射线）失去电子打断双链破坏碱基和糖基非离子辐射形成新化学骨架紫外线嘧啶二聚体,突变剂,G,C,化学突变剂1.碱基类似物5-溴尿嘧啶（BU）,2.亚硝酸（HNO2）CU，与A配对，GCATAH(次黄嘌呤),与C配对，ATGCGX(黄嘌呤),与C配对，不引起突变3.羟氨(HA)CN-4-羟-C,与A配对,GCAT,5.嵌合剂吖啶橙、原黄素、吖黄素等吖啶类染料嵌合到DNA碱基对之间baseaddition/deletion/frameshiftmutation,4.烷基化试剂甲基甲磺酸（MMS）/乙基亚硝基脲（ENU）硫酸二甲酯/甲磺酸乙酯（EMS）/乙磺酸乙酯（NNG）GO6-alkyl-G,与T配对,GCATTO4-alkyl-T,与G配对,ATGC,自发损伤:脱氨基/脱嘌呤外源损伤:1.氧化损伤(需氧细胞)活性氧：超氧化物，过氧化氢和羟自由基（OH）8-氧鸟嘌呤，2-氧腺嘌呤，5-甲酰尿嘧啶2.烷基化损伤影响DNA复制和转录时的解旋多数是间接诱变3.加成损伤嘧啶二聚体苯并芘（肝脏细胞色素P-450）双环氧物-G芳基化试剂黄曲霉毒素B1（肝致癌剂）,DNA损伤（DNAdamage）,1.复制修复尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase）错配修复（mismatchrepair）2.损伤修复光复活（photoreactivation）暗修复切除修复（excisionrepair）重组修复（recombinationalrepair）SOS修复（SOSresponse）烷基转移酶修复（alkyltransferase）,DNA修复（DNArepair）,尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase）尿嘧啶-N-糖基酶，AP内切核酸酶，PolI，DNA连接酶,AGTGACTTAG,TCATGAATC,AGTGACTTAG,TCACTGAATC,uracil-N-glycosylase,AP内切核酸酶,PolI,TGA,DNA连接酶,脱氨基,U,错配修复（mismatchrepair）,CTAG,AG,TC,T,G,G,A,*,C,T,T,CTAG,T,CTAG,错配矫正酶（MutL,MutS+内切核酸酶MutH),nick,PolI，DNA连接酶,CTAG,光复活（photoreactivation）可见光（300600nm）光解酶（PR酶）两个生色团：N5，N10-次甲基四氢叶酸和FADH（E.coli）对环丁烷嘧啶二聚体（UV）作用切断嘧啶二聚体的化学键Error-free,烷基转移酶修复（alkyltransferase）去除O6-甲基鸟嘌呤的甲基只能用一次其他烷基化碱基需要切除修复,CH3,SCH3,+,+,切除修复（excisionrepair）Error-free原核生物的切除修复:核苷酸切除修复（nucleotideexcisionrepair,NER）去除没有被光解酶修复的嘧啶二聚体碱基切除修复（baseexcisionrepair,BER）去除修饰碱基真核生物的NER:GG-NER(globalgenomeNER)TC-NER(transcription-coupledNER)与GG-NER相似除了RNA聚合酶替代XPC,5,3,5,3,5,3,UvrABC,PolI(或和）,DNA连接酶,NER,B,*,APsite,DNAglycosylase,AP内切核酸酶,进一步酶切,Pol,BER,着色性干皮病（XP）常染色体隐性遗传，易癌，对阳光敏感NER缺失（7个基因中的一个缺失）Cockayne综合症与转录偶连的切除修复缺失对阳光敏感，但不易癌着色性干皮病变异体（XP-V）NER正常DNA聚合酶缺失（嘧啶二聚体处加入A）,SOS修复（SOSresponse）抑制polIII的校正活性容错DNA复制(error-proneDNAreplication),SOS修复的调控LecA抑制SOS基因转录阻遏蛋白结合在操纵子RecA激活SOS基因(DNA合成异常)重组活性ssDNA结合活性,RecARecA*蛋白酶活性(水解LecA)抑制polIII的校正活性UvrA、B（切除修复）UmuC、D（通过复制）,重组修复(Recombination-repair)复制后修复(Post-replicationrepair),嘧啶二聚体引起DNA双螺旋结构扭曲DNA聚合酶停滞在更远的距离重新复制新合成的链留下一个缺口通过重组修补缺口,重组修复,a,a,b,b,a,a,b,b,DNA双螺旋结构扭曲，DNA聚合酶停滞,DNA聚合酶在更远的距离重新复制，新链留下缺口,通过重组修补新链缺口,修补母链缺口,同源重组位点特异性重组转座,重组（recombination）,转座子概念转座子结构转座机制,转座子：基因组中可移动的不连续序列，可在基因组内从一个座位转到另一个座位。转座子特征：1.不利用独立元件(如噬菌体或质粒DNA)，而是从基因组的一个位点直接移动到另一个位点。2.不依赖序列供体和接体位点间的任何联系。3.非常严格地自我转座到同一基因组的新位点，有时增加一些序列，是基因组内突变的主要来源。,细菌转座子结构,1.IS（插入序列,insertionsequences）两端反向重复序列（invertedrepeat）0.751.5kb;转座酶;识别位点,IR,Transposase,IR,ATGCA12345678TACGT12345678,87654321ATGCA87654321TACGT,Targetrepeat,Invertedrepeat,IS19bp23bp768bpIS25bp41bp1327bpIS411-13bp18bp1428bpIS54bp16bp1195bpIS10R9bp22bp1329bpIS50R9bp9bp1531bpIS9039bp18bp1057bp,IS,ATGCATACGT,2.Tn（复合转座子,compositetransposons）,Genes,IS,两端IS组件;2-10kb;转座酶/抗生素基因,IS,Tn,Tn9IS1camRISmodulsidenticalbothfunctional,Tn903IS903kanRbothISfunctionalTn10IS10LtetRIS10RnonfunctionalfunctionalTn5IS50LkanRIS50Rnonfunctionalfunctional,3.TnA（Tn3typetransposons,TnAfamily）两端无IS组件;525kb;转座酶/解离酶/抗生素基因两端IR（3040bp）相似或相同,Res,Transposase,Resolvase,Ampr,tnpA-转座酶基因，1004aa；突变时不能转座与IR内的25bp序列结合,在靶DNA上5bp的交错切割tnpR-解离酶基因，突变时转座频率升高抑制转录酶,阻止tnpA和它自身的转录Res区-解离部位、与解离酶结合,转录,融合/复制,重组解离,Cointegrate,共整合体,TnpA,TnpR,Donormolecule,Targetmolecule,transposon,1.必要步骤形成共整合体、特异性重组,转座机制,转座机制,2.共整合体的形成和转座子复制的详细过程,1,2,3,交错切口,交换复合体(链转移复合体)形成,自由3-OH端复制产生共整合体,转座机制,3.复制转座：转座子和受体DNA双链形成交错切口；转座子两端形成复制叉，连接并复制合成缺口单链；同源性重组，受体DNA产生同向重复序列。,转座机制,4.非复制转座/简单转座（cutandpaste）：受体DNA双链形成交错切口；转座子插入交错切口，连接并修复缺口单链；