DNA损伤与修复ppt课件.ppt

第六章DNA损伤与修复DNAdamageandrepair,分子生物学研究中心,1,第一节DNA损伤的原因及后果,电离辐射,可见光,氧自由基,H+,烷化剂,8-oxoG,P/P,复制错误,核苷类似物,mC,U,2,DNA损伤类型,碱基脱落碱基修饰&去氨基化,化学修饰光损伤,链内交联DNA-蛋白质交联DNA链断裂,DNA重组,3,缺失碱基位点,4,化学损伤,甲基化,甲基化,甲基化,氧化损伤,氧化损伤,5,DNA受到大剂量紫外线照射时，形成二聚体,紫外线可引起DNA的交联,DNA与蛋白质的交联。,6,电离辐射引起DNA损伤的机理,7,电离辐射引起DNA损伤的机制,自由基损害,损伤DNA修复系统,MCI假说,8,电离辐射引起DNA损伤的类型,产生OH自由基，导致碱基变化,脱氧核糖分解,DNA链断裂,DNA链、蛋白质的交联,9,电离辐射导致DNA链的断裂,单链断裂：无差错修复双链断裂：错误修复,10,烷化剂引起DNA损伤,碱基烷基化:GCAT,碱基脱落:甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤7N烷基化，活化糖苷键，连接碱基与五碳糖间的共价键变弱，容易折断缺失碱基，造成脱嘌呤作用。,导致DNA断链:磷酸二酯键上的氧被烷基化,导致DNA链交联,11,5-BrdU（酮式-A；烯醇式-G）,碱基类似物、修饰剂对DNA的改变,亚硝酸盐氧化脱氨（CU）,羟胺脱甲基（TC）,黄曲霉素B（攻击碱基）,12,DNA自发性损伤,碱基错配Mismatch,互变异构移位,脱氨基作用(环外氨基),碱基丢失自发水解,碱基修饰与链断裂,13,碱基异构式引起DNA复制的错配,错误配对,正确配对,14,环出效应,15,其它因素引起DNA损伤,吖啶类化合物:吖啶橙扁平染料分子(不等交换),氧自由基(加成反应小自由基反应),16,DNA损伤的后果,17,DNA损伤后分子的最终改变,点突变：转换与颠换,缺失,插入,倒位或转位,DNA断裂,18,DNA重排,DNA分子内发生较大片段的交换，可以在同一染色体的两条链间发生，也可在不同染色体之间发生，可以是原来的方向或颠倒的方向。,19,第二节DNA修复,DNA的修复主要类型:,直接修复,光裂合酶修复,切除修复,重组修复,跨损伤修复(SOS修复),20,常见的DNA损伤及其修复机制,21,（1）DNA断裂口直接修复：,在DNA5-P端和3-OH端未受损害的情况下，连接酶能够直接修复DNA的断裂口。,22,（2）DNA紫外线损伤的光复合酶直接修复,23,（3）烷基化碱基的直接修复,在大肠杆菌中的Ada酶，可修复甲基化的碱基和甲基化的磷酸二酯键。,24,碱基切除修复,指切除和替换由内源性化学物作用产生的DNA碱基损伤,是切除修复的一种。受损碱基移除是由多个酶来完成的。主要针对DNA单链断裂和小的碱基改变及氧化性损伤。,25,(4)BaseExcisionRepair,26,DNA的损伤的切除修复,碱基缺陷或错配,27,核苷酸切除修复,体内识别DNA损伤最多的修复通路,主要修复扭曲双螺旋结构的DNA损伤以及阻断基因转录和不识别任何特殊的碱基损失，而是识别双螺旋形状的改变。,不识别任何特殊的碱基损失，而是识别双螺旋形状的改变；修复时切除含有损伤碱基的那一段DNA。,28,(5)核苷酸切除修复(大肠杆菌),29,30,31,核苷酸切除修复(基因组修复人),32,核苷酸切除修复(转录偶联修复-人类),33,GGR和TCR的共同修复通路,34,错配修复,校正活性所漏校的碱基,使复制的保真性提高102103倍,错配修复系统(MRSMismatchRepairSystem),DNApol(=10-8)经第二次校正=10-11,35,错配修复系统组成（Mismatchrepairsystem）,DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶),DNApolymerase填补单链DNA缺口,HelicaseSSB外切核酸酶(和)连接酶,MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,S,扫描新生链中错配碱基,酶切含错配碱基的DNA区段,36,错配修复,37,错配修复,大肠杆菌DNA甲基化位点新合成的DNA,Mis-pairedbases,38,错配修复,39,重组修复机制,40,重组修复,DNA于复制时会越过受损区域进行复制,经重组修复，受损的DNA仍然存在于子代的一个细胞中。,重组修复不会浪费时间，重组修复可让负伤的DNA在细胞中仍可照常进行分裂。,41,非同源末端连接：DNA分子之间不需要广泛的同源性，主要是在免疫球蛋白重组时对DNA双链进行连接，在细胞有丝分裂G1/G0期起主要作用。,重组修复,根据DNA末端连接需要的同源性，分为,同源重组：需要多种蛋白参与；也修复DNA复制中的差错；在减数分裂、细胞有丝分裂后期S/G2期起主要作用。,42,(7)SOS修复,Irradiationofbacteriabeforevirusinfectionenhancedrepairofdamagedviralgenesbutledtomutations.,UV,UVdT4phage,E.coli,Fewsurvivingphage,UVdT4phage,E.coli,Higherfrequencyofsurvivingphage,butmanymutants.,43,SOS修复诱导DNA聚合酶活性,LexA(一种DNA结合抑制蛋白),umuC和umuD,编码DNA聚合酶活性,允许复制跨过损伤位点,常插入一个或几个A碱基.,AGCTAGTCAT/TCAGTC,AGCTAGTCAT/TCAGTCTCGATCANNNNGTCAG,ReplicationstopsatT/Tdimer,Error-pronepolymeraseallowsreplicationtoproceed,albeitinaccurately,SOSresponse:,44,RecA-P的三种功能,45,当DNA复制受阻/DNAdamaged,当DNA复制度过难关后,46,SOS修复,DNA复制不很严格，新合成的DNA容易造成错误产生突变。,47,线粒体损伤和修复,线粒体的氧化损伤:单链断裂、双链断裂、碱基修饰、DNA交联、烷化损伤,线粒体的损伤修复：碱基切除修复、错配修复,48,DNA修复,维持DNA序列的保真性；可在复制前后进行；有多种修复机制来纠正DNA损伤；DNA修复失败可能导致突变和肿瘤。,49,细胞周期检查点控制,真核生物细胞DNA受到损伤时细胞除了诱导修复基因的转录外，还可暂时阻断细胞周期，防止受损DNA继续复制，如无法修复，则可诱导细胞进入凋亡。这些都是细胞通过细胞周期检查点控制（checkpointcontrol，又称关卡控制）对DNA损伤的应答反应。,50,酵母细胞的细胞周期检查点控制机制,51,哺乳类动物的细胞周期检查点控制机制,52,第三节DNA损伤和修复的生物参考标志,53,一、甲基化损伤修复相关基因,甲基转移酶（MGMT）把O6-甲基鸟嘌呤的甲基转移到自身的半胱氨酸残基上，修复甲基化的DNA。MGMT突变可作为甲基化损伤的基因型标记物。,54,二、切除修复相关的酶和基因,尿嘧啶糖基化酶为主要的始动因素，可作为DNA损伤的生物标记物。大肠杆菌Uvr基因家族、人ecrr基因和切除修复基因等,55,三、错配修复相关基因,MSH2、MLH1等蛋白参与错配修复，而错配修复的缺陷往往是癌变的第一步。错配修复基因：Muthls系统、人类的hmsh2/3、hpmsl1/2、Mutsa、msh6。错配修复基因的微卫星序列的不稳定性（microsatelliteinstability，MI）,56,四、DNA聚合酶,DNA聚合酶参与辐射损伤和化学损伤的修复，并对细胞的生长具有调节作用。DNA聚合酶的突变可导致碱基切除修复功能的缺陷。,57,五、DNA加合物也可作为修复功能的生物标记物,DNA加合物可作为DNA损伤的暴露标记物和效应标记物，其去除的速度也可作为DNA修复功能的生物标记物。,58,DNA损伤和修复的生物学意义,避免基因组的不稳定性、癌症和细胞死亡是至关重要的。DNA修复途径可以识别和修复特异的DNA损伤，保证生物物种的遗传稳定性。,59,与DNA修复有关的人类遗传疾病：,着色性干皮病(Xerodermapigmentosum)布伦氏症候群(Bloomssyndrome)遗传性大肠癌(Hereditarynonpolyposiscoloncancer；HNPCC),60,着色性干皮病(Xerodermapigmentosum),是一种隐性遗传性疾病，有些呈性联遗传。因核酸内切酶异常造成DNA修复障碍所致。临床以光暴露部位色素增加和角化及癌变为特征。1.幼年发病，常有家族发病史。2.面部等暴露部位出现红斑、褐色斑点及斑片，伴毛细血管扩张，间有色素脱失斑和萎缩或疤痕。皮肤干燥。数年内发生基底细胞癌、鳞癌及恶性黑素瘤。3.皮肤和眼对日光敏感。4.病情随年龄逐渐加重，多数患者于20岁前因恶性肿瘤而死亡。5.组织病理晚期出现表皮非典型性增生、日光角化及鳞癌和基底细胞癌等恶性肿瘤。,61,着色性干皮病患儿脸部特征,62,着色性干皮病背部,着色性干皮病组织切片,63,着色性干皮病的并发症,64,着色性干皮病的治疗,避免紫外线照射避免肿瘤致病因子对症治疗,65,遗传性大肠癌的临床特征,发病早(45岁)肿瘤好发部位肠外肿瘤的类型,66,遗传性大肠癌(HNPCC),息肉较少30-60%有内膜肿瘤恶性肿瘤好发部位胰腺癌发生率,67,大肠癌发生的危险因素(CRC),0,20,40,60,80,100,Generalpopulation,Personalhistoryofcolorectalneoplasia,Inflammatoryboweldisease,HNPCCmutation,FAP,5%,15%20%,15%40%,70%80%,95%,Lifetimerisk(%),68,错配基因的改变,多发性家族性结肠癌,69,多发性家族性结肠癌,错配基因的改变:MSH2,MSH6,PMS1，MLH1,MSH3,PMS2.,70,HNPCC中错配基因突变的概率,MSH230%,MLH130%,PMS1(rare),PMS2(rare),MSH6(rare),Unknown30%,Sporadic,Familial,HNPCC,FAP,RareCRCsyndromes,Li