分子生物学--第15章-DNA损伤与修复ppt课件

DNA损伤与修复DNADamageandRepair 第十五章 目的与要求学时 21 掌握 DNA损伤的类型2 掌握 DNA损伤修复的方式3 了解 DNA损伤 修复的意义4 了解 DNA损伤的因素 各种体内外因素所导致的DNA组成与结构的变化称为DNA损伤 DNAdamage 电离辐射 氧自由基 烷化剂 复制错误 核苷类似物 其一 DNA的结构发生永久性改变 即突变其二 导致DNA失去作为复制和 或转录的模板的功能 DNA损伤的后果 DNA损伤DNADamage 第一节 一 多种因素通过不同机制导致DNA损伤 一 体内因素 DNA复制错误DNA自身的不稳定性机体代谢过程中产生的活性氧 2017年3月科学杂志论文 癌症发生的原因中运气不好占66 1 DNA复制错误 1 碱基错配互变异构移位 tautomericshift 碱基发生了酮式 烯醇式或氨基 亚氨基异构体互变 造成碱基配对发生改变 使复制后的子链上出现错误 2 复制打滑 脆性X综合征X染色体上 CGG n重复序列的拷贝数增加 在男性中的发病率为1 1000 1 1500 在所有男性智力低下患者约10 20 为本病所引起 肌强直性营养不良19号染色体上编码肌强直性蛋白激酶Dystrophiamyotonicaproteinkinase DMPK 3 UTR区 CTG n重复序列扩增导致 多见于青春期后 男多于女 主要症状为肌无力 肌萎缩和肌强直 面容瘦长 颧骨隆起 呈斧状脸 颈消瘦而稍前屈 骨骼肌收缩后松弛显著延迟 导致明显的肌肉僵硬 DNA自身的不稳定性 DNA结构自身的不稳定性是DNA自发性损伤中最频繁和最重要的因素 当DNA受热或所处环境的pH值发生改变时 DNA分子上连接碱基和核糖之间的糖苷键可自发发生水解 导致碱基的丢失或脱落 其中以脱嘌呤最为普遍 含有氨基的碱基还可能自发脱氨基反应 转变为另一种碱基 即碱基的转变 如C转变为U A转变为I 次黄嘌呤 等 活性氧 ROS 反应活性很高的含氧自由基和H2O2 自由基 外层轨道带有未配对电子的原子 原子团或分子 O2 和 OH等 含氧自由基可造成碱基的氧化 如8 氧鸟嘌呤 7 8 oxoG GO 可与C或A配对 造成G C T A的颠换 机体代谢过程中产生的活性氧 羟自由基作用 破坏碱基结构核糖分解DNA链断裂DNA链 蛋白质的交联 二 体外因素 物理因素化学因素生物因素 物理因素 电离辐射 核辐射 各种射线 非电离辐射 紫外线 各种电器发出的辐射 岡崎 化学因素 自由基碱基类似物碱基修饰剂 烷化剂嵌入性染料 5 BrdU 酮式 A 烯醇式 G T碱基类似物 亚硝酸盐氧化脱氨 C U 碱基修饰 SAM使G甲基化 G与T配对 烷化剂 黄曲霉素B 攻击碱基 书235页 吖啶类化合物 吖啶橙 嵌入染料 嵌入染料 物理和化学因素对DNA的损伤 二 DNA损伤有多种类型 碱基脱落碱基结构破坏嘧啶二聚体形成DNA单链或双链断裂DNA交联 根据DNA结构的改变分为 碱基脱落 碱基结构破坏导致碱基之间发生错配 EMS 甲基磺酸乙酯 嘧啶二聚体 DNA链发生断裂 DNA损伤的类型 从损伤后果上 碱基置换缺失插入链的断裂 DNA损伤的后果 DNA损伤的修复TherepairofDNAdamage 第二节 托马斯 林达尔 TomasRobertLindahl 1938年1月28日出生 瑞典医学家 专门从事癌症研究 挪威科学和文学研究院的成员 发现碱基切除修复 保罗 莫德里奇 PaulModrich 1946年出生 美国科学家 在杜克大学担任生物化学教授 以及在霍华德休斯医学研究所担任研究员 发现DNA错配修复 阿齐兹 桑贾尔 AzizSancar 1946年生于土耳其萨武尔 美国和土耳其国籍生物学家 专门从事DNA修复 细胞周期检查点 生物钟方面的研究 直接观察到了光解酶修复胸腺嘧啶二聚体的过程 2015诺贝尔化学奖获奖理由是 DNA修复的细胞机制研究 常见的DNA损伤修复途径 常见的DNA损伤及其修复机制 一 直接修复 嘧啶二聚体的直接修复 光复活酶 烷基化碱基的直接修复 烷基转移酶 无嘌呤位点的直接修复 DNA嘌呤插入酶 单链断裂的直接修复 DNA连接酶 直接修复是最简单的一种DNA损伤修复方式 修复酶直接作用于受损的DNA 将之恢复为原来的结构 UV Potolyase 光修复酶 300 600nm 嘧啶二聚体的直接修复 烷基化碱基的直接修复 二 切除修复是最普遍的DNA损伤修复方式 碱基切除修复核苷酸切除修复碱基错配修复 碱基切除修复 baseexcisionrepair 识别受损的碱基 核苷酸切除修复 nucleotideexcisionrepair NER 4步反应组成 由特殊的蛋白质探测损伤 并引发一系列蛋白质与损伤部位的有序结合 由特殊的内切酶在损伤部位的两侧切开DNA链 去除2个切口之间的带有损伤的DNA片段 形成缺口 由DNApol填补缺口 由DNA连接酶连接切口 识别损伤对DNA双螺旋结构所造成的扭曲 E coli的NER主要由4种蛋白质组成 UvrAUvrBUvrCUvrD 核苷酸切除修复 全基因组修复 真核生物 核苷酸切除修复 转录偶联修复 人类 着色性干皮病 Xerodermapigmentosum XP 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 着色性干皮病患儿脸部特征 着色性干皮病的并发症 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 碱基错配修复 mismatchrepair 错配是指非Watson Crick碱基配对 碱基错配修复也可被看作是碱基切除修复的一种特殊形式 主要负责纠正 复制与重组中出现的碱基配对错误 因碱基损伤所致的碱基配对错误 碱基插入 碱基缺失 大肠杆菌错配修复系统组成 甲基化酶 如DNA腺嘌呤甲基化酶 即m6A甲基化酶 DNApolymerase 填补单链DNA缺口 Helicase SSB 核酸外切酶 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 错配修复 错配修复 MSH MutShomologs 蛋白与MutL同源的MLH和PMS蛋白 真核细胞错配修复系统无MutH 也无半甲基化标记母链 错配修复系统利用冈崎片段连接前的DNA缺口辨别错配碱基所在的DNA链 真核细胞碱基错配修复系统 三 DNA严重损伤时需要重组修复 同源重组修复非同源末端连接的重组修复 双链断裂修复 同源重组修复 人 最简单 最常用的双链断裂修复方式需同源序列 X 同源重组修复 非同源末端连接的重组修复 四 某些修复发生在跨越损伤DNA的复制事件之后 重组跨越损伤修复合成跨越损伤修复 保留错误的修复 修复大范围的损伤或复制中来不及修复的损伤 重组跨越损伤修复 复制后修复 RecA B C 稀释 效应 拆东墙补西墙 SOS修复中LexA RecA操纵子的作用机制 合成跨越损伤修复 常见的DNA损伤修复途径 DNA损伤和修复的意义ThesignificanceofDNAdamageandrepair 第三节 一 DNA损伤具有双重效应 一是给DNA带来永久性的改变即突变 可能改变基因的编码序列或者基因的调控序列 二是DNA的这些改变使得DNA不能用作复制和转录的模板 使细胞的功能出现障碍 重则死亡 DNA损伤通常有两个生物学后果 一 突变是进化的分子基础 二 只有基因型改变的突变 三