DNA损伤和损伤修复.ppt

第13章,DNA损伤和损伤修复,第一节DNA损伤,第二节DNA损伤修复,第三节DNA损伤及其修复的意义,重点难点,直接修复、切除修复、重组修复和跨越损伤修复等DNA损伤修复途径。,不仅DNA损伤，DNA损伤修复障碍同样与肿瘤、衰老以及免疫性疾病等多种疾病的发生密切关联,1）DNA损伤的类型；2）究竟有哪些因素可引发DNA损伤；3）体外因素是通过体内因素引发DNA损伤的。,DNA损伤,第一节,一.多种因素通过不同机制导致DNA损伤,二.DNA损伤有多种类型,一.多种因素通过不同机制导致DNA损伤,DNA损伤的定义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）,物理和化学因素引发DNA的损伤,X,低波长紫外线照射致使胸腺嘧啶二聚体形成,二.DNA损伤有多种类型,DNA损伤的类型,碱基损伤,DNA断裂,DNA交联,碱基错配,糖基破坏,碱基损伤,化学毒性分子通过对碱基的某些基团进行修饰，改变碱基的理化性质，破坏碱基的结构。比如，亚硝酸等可导致碱基脱氨；在羟自由基的攻击下，嘧啶碱基易发生加成、抽氢等反应，导致碱基环破裂；具有氧化活性的物质可造成DNA中嘌呤或嘧啶碱基的氧化修饰，形成8-羟基脱氧鸟苷或6-甲基尿嘧啶等氧化代谢产物。,脱氧鸟苷的氧化,糖基破坏,DNA分子中的戊糖基的碳原子和羟基上的氢可能与自由基反应，由此戊糖基的正常结构被破坏。,碱基错配,碱基类似物的掺入、碱基修饰剂的作用可改变碱基的性质，导致DNA序列中的错误配对。在正常的DNA复制过程中，存在着一定比例的自发的碱基错配发生，最常见的是组成RNA的尿嘧啶替代胸腺嘧啶掺入到DNA分子中。,DNA断裂,DNA断裂包括DNA单链断裂和DNA双链断裂。DNA链断裂是电离辐射致DNA损伤的主要形式。某些化学毒剂也可导致DNA链断裂。碱基损伤和戊糖基破坏均是引起DNA断裂的原因。,DNA交联,DNA损伤中有多种DNA交联形式。DNA分子中同一条链中的两个碱基以共价键结合，称为DNA链内交联（DNAintrastrandcross-linking）。低波长紫外线照射后形成的嘧啶二聚体就是DNA链内交联的最典型的例子。DNA分子一条链上的碱基与另一条链上的碱基以共价键结合，称为链间交联（DNAinterstrandcross-linking）。DNA分子还可与蛋白质以共价键结合，称为DNA-蛋白质交联（DNAproteincross-linking）。,DNA损伤修复,第二节,一.直接修复,二.切除修复,一.重组修复,二.跨越损伤修复,400nm光子次甲四氢叶酸FADH2T-TT+T,嘧啶二聚体的直接修复,甲基化碱基的直接修复,突变的结果,DNA复制,DNA复制,6-O-甲基鸟嘌呤,修复的结果,带有活性SH基团的甲基转移酶结合在甲基化的碱基部位,甲基转移酶将甲基结合在自身SH上，完成修复,甲基化后失活的甲基转移酶,DNA连接酶,53,53,单链断裂切口的直接修复,二.切除修复,AP位点的形成机制,核苷酸切除修复,着色性干皮病（xerodermapigmentosum，XP）,Autosomalrecessive,着色性干皮病相关基因，XPA、XPC、XPD、XPF和XPG编码蛋白参与核苷酸切除修复系统。,人类XP相关的DNA损伤核苷酸切除修复系统缺陷基因,转录偶联修复核苷酸切除修复不仅能够修复整个基因组中的损伤，而且还能够修复那些正在转录的基因的模板链上的损伤，后者又称为转录偶联修复。在转录偶联修复中，由RNA聚合酶承担起识别损伤部位的任务。,三.重组修复,XRCC,Rad51,RPA,Nbs,5,5,5,5,5,5,5,3,3,3,3,3,3,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,5,3,5,3,3,3,3,3,3,1,2,3,4,5,DNA双联断裂损伤部位,DNA末端加工,链交换,DNA合成,新合成的DNA链连接，交叉分离,Rad50,Mre,Rad52,Rad51B/Rad51C/Rad51DXRCC2/XRCC3,同源重组修复,注释：由黑色与灰色线条组成的DNA双链为断裂损伤的DNA双链。由深蓝色与浅蓝色线条组成的DNA双链为完好DNA双链，与断裂损伤的DNA双链序列同源左图D，两个方向的重组合成的DNA中，只有右侧的酶或相关蛋白被标示出来。左图E,红色线条框所示的四条DNA单链的交叉互补中，灰色的DNA单链与浅蓝色的DNA单链互补，后者是前者合成的模版；黑色的DNA单链与深蓝色的DNA单链互补，同样后者是前者合成的模版。,F,B,C,D,E,A,DNA末端加工,非同源末端连接的重组修复,双链断裂损伤的DNA,正常结构的DNA（与损伤的DNA非同源）,DNA-PKcsKu,四.跨越损伤修复,正在复制的DNA聚合酶遭遇尚未修复的DNA损伤，细胞自动防故障系统能够使复制体绕过损伤部位继续复制，这一机制即跨越损伤修复。跨越损伤修复包括重组跨越损伤修复和合成跨越损伤修复。大肠杆菌重组跨越损伤修复，当复制进行到损伤部位时，DNA聚合酶停止向前移动，脱离受损的DNA模版，在受损DNA部位下游重新启动复制。在新合成的子链DNA上的缺口，通过重组机制修复。大肠杆菌合成跨越损伤修复，其损伤部位DNA的合成是由新的DNA聚合酶或完成。合成跨越损伤修复种，跨越损伤的新的DNA聚合酶虽然依赖模板，但不依赖于碱基互补配对，故合成差错率较高。跨越损伤修复是DNA损伤修复的最后一种手段，其重组酶或DNA聚合酶在应答DNA损伤时被诱导表达。,重组跨越损伤修复,RecA等，重组填补缺口,跨越损伤继续复制,以未受损链为模板复制,受损部位,以损伤链为模板复制,合成跨越损伤修复,Pol或,SOS修复中LexA-RecA操纵子的作用机制,LexA基因,RecA基因,可诱导基因,DNA损伤部位,DNA损伤部位,DNA大范围损伤部位,DNA损伤及其修复的意义,第三节,一.DNA损伤具有双重效应,二.DNA损伤修复障碍与多种疾病相关,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损伤的生物学后果,二、DNA损伤修复缺陷与多种疾病相关,DNA损伤修复缺陷与肿瘤的发生密切关联。DNA损伤修复缺陷与遗传性疾病密切关联。DNA损伤修复缺陷与免疫性疾病密切关联。DNA损伤修复能力弱与生命衰老密切关联。,生物多样性依赖于DNA突变与DNA修复之间的平衡,DNA突变,DNA修复,平衡,DNA损伤是指各种体内外因素导致的DNA组成与结构上的变化，主要包括碱基或戊糖基的破坏、碱基错配、DNA单链或双链断裂、DNA链共价交联等。DNA复制中错配、DNA结构不稳定性、机体代谢中的有害活性分子等体内因素，可诱发DNA损伤；物理因素、化学因素和生物因素等体外因素也均可损伤DNA。DNA损伤具有双重生物学效应。各种因素诱发的DNA结构改变是生物进化的基础；同时DNA的损伤也可使细胞功能出现障碍，与多种疾病相关。细胞拥有DNA损伤修复机制，可以