HDNA修复重组

1、400nm可见光可见光 sos反应的机制反应的机制靶基因靶基因未诱导的细胞未诱导的细胞lexa基因被基因被lexa 蛋白部分阻遏蛋白部分阻遏reca基因被基因被lexa 蛋白部分阻遏蛋白部分阻遏（40个不同的位点被阻遏）个不同的位点被阻遏）lexa(阻遏物阻遏物) reca(辅蛋白酶辅蛋白酶)靶基因表达靶基因表达lexa靶基因表达靶基因表达 但产物被分解但产物被分解reca大量表达大量表达reca促使促使lexa自身分解自身分解诱导的细胞诱导的细胞单链单链dnaatp 遗传重组遗传重组（genetic recombination ): dna分子内或分子之间以各种不同方式和机制发生遗传分子内或

2、分子之间以各种不同方式和机制发生遗传信息的重新组合。也称为信息的重新组合。也称为基因重排基因重排（gene rearrangement)。 重组体重组体dna （recombinant dna） 重组现象存在广泛，真核生物重组一般发生在减数分裂时重组现象存在广泛，真核生物重组一般发生在减数分裂时 重组类型：同源重组、特异位点重组和转座重组等重组类型：同源重组、特异位点重组和转座重组等 作用：作用：迅速增加生物群体遗传多样性迅速增加生物群体遗传多样性 突变和遗传重组是自然选择的前提条件突变和遗传重组是自然选择的前提条件第四节第四节 dna的遗传重组的遗传重组 同源重组：一般性重组，由两条同源同源

3、重组：一般性重组，由两条同源dna，通过配对、，通过配对、 断链、再连接过程，而产生片段交换的过程。断链、再连接过程，而产生片段交换的过程。（一）（一）holliday 模型模型： 1964年提出年提出一一 同源重组同源重组（homologous recombination) holliday中间体中间体片段重组体片段重组体拼接重组体拼接重组体异源双链区两侧为异源双链区两侧为不同亲本不同亲本dna meselson m 和和 radding c修正模型：修正模型： dna双链断裂启动重组，也启动了减数分裂双链断裂启动重组，也启动了减数分裂 同源重组是最基本的重组方式，参与基因加工、整合、转化等

4、同源重组是最基本的重组方式，参与基因加工、整合、转化等 参与复制、重组、重组修复三个相关过程的许多酶和辅因子是参与复制、重组、重组修复三个相关过程的许多酶和辅因子是共同的共同的（二）（二） 重组有关的酶：重组有关的酶： rec bcd蛋白蛋白: 与断裂与断裂dna末端结合，水解其中一条链，识别末端结合，水解其中一条链，识别chi位点位点（gctggtgg），并在其），并在其3侧侧46nt处切割产生处切割产生3-oh末端末端dna单链。是依赖单链。是依赖atp的的核酸外切酶、解螺旋酶和被核酸外切酶、解螺旋酶和被atp增增强的内切酶。强的内切酶。 rec a蛋白蛋白：解螺旋酶；重组酶；：解螺旋酶；

5、重组酶；atp酶酶 促进单链同化（促使单链与同源双链分子交换，促进单链同化（促使单链与同源双链分子交换，5 3） 诱发诱发sos反应反应 ruv a：识别：识别holliday联结体的交叉点联结体的交叉点 ruv b：解螺旋酶，在：解螺旋酶，在ruv a帮助下结合在交叉点上，形成帮助下结合在交叉点上，形成 ruv ab复合体，推动分支移动。复合体，推动分支移动。 ruv c：核酸内切酶，特异识别：核酸内切酶，特异识别holliday联结体，识别不对称联结体，识别不对称 四核苷酸四核苷酸attg（切开热点）（切开热点） （三）同源重组的过程（三）同源重组的过程rec bcdruv aruv b3

6、-ohrec aruv aruv bruv c二二 特异位点重组特异位点重组 (site-specific recombonant) 特异位点重组：在重组酶的识别和作用下，在特异位点重组：在重组酶的识别和作用下，在dna特定特定 的短序列（的短序列（20 200bp）内发生的重组。）内发生的重组。 发生：某些基因表达的调节、发育过程中发生：某些基因表达的调节、发育过程中dna程序性重排、程序性重排、病毒或质粒复制过程中的整合或切除等病毒或质粒复制过程中的整合或切除等（一）特异位点重组类型：（一）特异位点重组类型： 重组的结果取决于重组位点的方向和位置：重组的结果取决于重组位点的方向和位置： (

7、1) 重组位点若同向、位于同一重组位点若同向、位于同一dna分子上分子上 切除切除 （2）重组位点同向、位于不同）重组位点同向、位于不同dna分子上分子上 整合整合 例如：例如： -噬菌体的整合与切除噬菌体的整合与切除 -噬菌体噬菌体 dna细菌细菌dnaobb pop pob bp o 整合酶整合酶 + 整合因子整合因子切除切除 例如：例如：鼠伤寒沙门氏杆菌鞭毛蛋白基因鼠伤寒沙门氏杆菌鞭毛蛋白基因h片段片段(hix)的倒位的倒位（3）重组位点反向、位于同一）重组位点反向、位于同一dna分子上分子上 倒位倒位 hin倒位酶倒位酶h2鞭毛鞭毛 蛋白蛋白阻遏阻遏 蛋白蛋白h1鞭毛鞭毛 蛋白蛋白hi

8、xhixpphinh2rh1ph1鞭毛鞭毛相变相变（二）（二） 免疫球蛋白基因重排与免疫球蛋白基因重排与dna多样性：多样性：1 免疫球蛋白（抗体，免疫球蛋白（抗体，ig)分子结构分子结构: 轻链（轻链（l链）：链）： 、 重链（重链（h链）：链）： 、 、 、 、 抗体：抗体： igg、igm、iga、igd 、ige轻链和轻链和重链都由可变区（重链都由可变区（v区）和恒定区（区）和恒定区（c）区组成）区组成由由3个独立的基因家族分别编码免疫球蛋白个独立的基因家族分别编码免疫球蛋白 重链基因重链基因（位于人（位于人14号染色体）号染色体） 和和 （2号染色体）、号染色体）、 （22号染色体）

9、两个轻链。号染色体）两个轻链。vc2 免疫球蛋白基因结构：免疫球蛋白基因结构：u 轻链基因片段：轻链基因片段：l(前导前导)、v (可变可变) 、j (连接连接) 、c (恒定恒定) 重链基因片段：重链基因片段： l、v、d (多样性多样性) 、j、c 链基因：链基因：53l1 v 1ln v nj (15)c n = 250 链基因：链基因：53l1 v 1ln v nj 1n = 300c 1j 4 c 4 重链基因：重链基因：5l1 vh1ln vhnjh16n = 300dh120 3c 基因群基因群3 免疫球蛋白基因重排机制：免疫球蛋白基因重排机制：u骨髓干细胞骨髓干细胞 b淋巴细胞

10、淋巴细胞 u可变区重排顺序：重链可变区重排顺序：重链v-d-j重排重排 链链v-j重排重排(链重排链重排)u等位基因排斥等位基因排斥(allelic exclusion),同型性排斥同型性排斥(isotypic exclusion)u重组信号序列重组信号序列（recombination signal sequence, rss） 可变区基因重排可变区基因重排 分化分化抗原刺激，分化抗原刺激，分化恒定区基因重排恒定区基因重排12/23规规则则c 基因群基因群5l1 vh1ln vhnjh16n = 300dh120 3浆细胞浆细胞 抗体抗体cacagtg -12/23 acaaaaaccgtgt

11、cac - 12/23 tgtttttgg识别位点识别位点切开位点切开位点 53oh53ohrssrssdj53dj不精确连接不精确连接n区区n核苷酸核苷酸整合酶识别整合酶识别rss并交错切开并交错切开7核苷酸回文区核苷酸回文区亲核攻击亲核攻击亲核攻击亲核攻击随机随机切开切开切割切割p核苷酸核苷酸补齐补齐35534 免疫球蛋白基因重排与免疫球蛋白基因重排与dna多样性多样性uv 区和区和c 区不同基因片段的各种排列组合是形成抗体多态性区不同基因片段的各种排列组合是形成抗体多态性的根本原因的根本原因重组种系理论（利根川进，重组种系理论（利根川进，1987年获得年获得nobel 生理学生理学/医学

12、）。医学）。 (1) 抗体基因重排导致的变化频率：抗体基因重排导致的变化频率：1012 重链重链v-d-j重排的变化频率：重排的变化频率： 300 (vh基因基因) 20 (dh) 4 (jh) n区因素区因素 连接不精确因素连接不精确因素 = 2.4 107 轻链重排多样性程度：轻链重排多样性程度：5 103 人类人类ch基因簇含有基因簇含有10个基因：个基因： c 、c 、c 3、c 1、c 4、c 1、c 2、c 4、c 、c 2 (2) rna水平上的剪切方式导致的多样性水平上的剪切方式导致的多样性 (3) 体细胞突变导致多样性：重排使可变区突变频率大为提高体细胞突变导致多样性：重排使

13、可变区突变频率大为提高 三三 转座重组转座重组( transpositionnal recombination) dna转座转座（transposition)： 由可移动因子介导的遗传物质重排现象。由可移动因子介导的遗传物质重排现象。 依赖于依赖于dna复制。复制。 1940s由由mcclintock发现，发现，1983年年nobel 生理学生理学/医学奖。医学奖。 转座子转座子（transposon，tn）：）： 存在于染色体存在于染色体dna上可自主复制和移动的基因单位。上可自主复制和移动的基因单位。 转座的遗传学效应：转座的遗传学效应： （1）转座引起插入突变。插在操纵子处，还产生极性突

14、变）转座引起插入突变。插在操纵子处，还产生极性突变 （2）产生新基因：带入抗药性基因等）产生新基因：带入抗药性基因等 （3）染色体畸变：两个转座位置相近时，导致缺失、倒位）染色体畸变：两个转座位置相近时，导致缺失、倒位 （4）引起生物进化）引起生物进化（一）（一） 细菌中的转座子：细菌中的转座子： 1 插入序列插入序列（insertional sequence, is)：末端具有倒置重复：末端具有倒置重复 序列的小序列的小dna片段（片段（1kb），除了），除了 转座所需要的基因外不携带任何标记转座所需要的基因外不携带任何标记 基因。是最简单的转座子。基因。是最简单的转座子。 2 转座子转座子

15、：除了转座所需要的基因外还携带其它标记基因：除了转座所需要的基因外还携带其它标记基因 组合型转座子组合型转座子(composite transposon)： is 标记基因标记基因 is 复合型转座子复合型转座子(complex transposon)： 无无is序列，体积大序列，体积大(5000bp)。例如：。例如：tna 家族家族1234- -43214321- -1234左倒置重复左倒置重复38bp右倒置重复右倒置重复38bp转座酶转座酶 res 解离酶解离酶 -内酰胺酶内酰胺酶 tnp a tnp r amp rtacgt -1234- -4321-atgca -4321- -1234

16、3 转座过程及机制：转座过程及机制：1）插入：所有转座共同特征是在靶序列两侧形成）插入：所有转座共同特征是在靶序列两侧形成4 15bp的的 同向重复序列。同向重复序列。attac靶序列靶序列gcagt转座子转座子 1234- -4321 4321- -1234atgca-tacgt重组酶重组酶2） 复制转座和非复制转座复制转座和非复制转座转座子转座子靶序列靶序列中间体中间体复制转座复制转座非复制转座非复制转座共整合体共整合体新转座子新转座子 转座子转座子 原转座子原转座子 （二）（二） 真核生物中的转座子：真核生物中的转座子： 与细菌类似，一般以非复制方式转座，通常只移动到邻近位与细菌类似，一

17、般以非复制方式转座，通常只移动到邻近位置置 1 玉米中的转座子：玉米中的转座子： 自主性因子：编码转座酶，可自主发生转座。自主性因子：编码转座酶，可自主发生转座。 非自主性因子：不能自主转座，只有同家族自主性因子非自主性因子：不能自主转座，只有同家族自主性因子 存在时，才具备转座功能。存在时，才具备转座功能。（1）ac-ds体系（体系（active-dissociation system)： ac：激活因子，为自主性因子。：激活因子，为自主性因子。 4.5kb，11bp末端重复，末端重复，8bp靶序列正向重复。靶序列正向重复。 ds：与：与ac同源，但不同程度缺失中间序列，不具有自主同源，但不

18、同程度缺失中间序列，不具有自主 转座功能。转座功能。 无无ds，玉米紫色，玉米紫色 玉米颜色与转座：玉米颜色与转座： ds在无在无ac时不转座，但可使邻近的色素基时不转座，但可使邻近的色素基 因因c断裂或抑制。玉米无色。断裂或抑制。玉米无色。 ac使使ds转座离开转座离开c后，玉米花斑后，玉米花斑(2) spm (suppressor-promoter-mutator) /en家族：家族： 自主因子：自主因子：spm和和 en，只有约，只有约10bp差异。差异。 spm为为8.3bp,13bp末端重复，末端重复，3bp靶序列正向重复靶序列正向重复 非自主因子为非自主因子为dspm， spm的缺陷型。的缺陷型。