DNA损伤及修复

1、DNA损伤与修复损伤与修复 DNA Damage and Repair第十五章第十五章 各种体内外因素所导致的各种体内外因素所导致的DNA组成与结构的组成与结构的变化称为变化称为DNA损伤（损伤（DNA damage） 其一，其一，DNA的结构发生永久性改变，即的结构发生永久性改变，即突变突变其二，其二，导致导致DNA失去作为复制和失去作为复制和/或转录或转录的模板的功能的模板的功能 DNA损伤的后果损伤的后果:生物多样性依赖于：生物多样性依赖于：DNADNA突变突变DNADNA修复修复平衡平衡DNA损伤损伤DNA Damage第一节第一节一、多种因素通过不同机制一、多种因素通过不同机制导致导

2、致DNA损伤损伤（一）体内因素（一）体内因素 DNA复制错误复制错误 DNA自身的不稳定性自身的不稳定性 机体代谢过程中产生的活性氧机体代谢过程中产生的活性氧nDNA复制错误：复制错误：nDNA自身的不稳定性自身的不稳定性 ：（二）体外因素（二）体外因素 物理因素物理因素 化学因素化学因素 生物因素生物因素n物理因素：物理因素：电离辐射、紫外线电离辐射、紫外线(ultra violet, UV)n化学因素：化学因素：二、二、DNA损伤有多种类型损伤有多种类型碱基脱落碱基脱落碱基结构破坏碱基结构破坏嘧啶二聚体形成嘧啶二聚体形成DNA单链或双链断裂单链或双链断裂DNA交联交联n碱基损伤与糖基破坏：

3、碱基损伤与糖基破坏：n碱基之间发生错配碱基之间发生错配 ：nDNA链发生断裂：链发生断裂：nDNA 的共价交联：的共价交联：DNA损伤可导致损伤可导致碱基置换碱基置换缺失缺失 插入插入 链的断裂链的断裂 转换转换颠换颠换DNA损伤的修复损伤的修复The repair of DNA damage第二节第二节 DNADNA修复（修复（DNA repairDNA repair）是指纠正）是指纠正DNADNA两条单两条单链间错配的碱基、清除链间错配的碱基、清除DNADNA链上受损的碱基或链上受损的碱基或糖基、恢复糖基、恢复DNADNA的正常结构的过程。的正常结构的过程。 DNADNA修复是机体维持修复

4、是机体维持DNADNA结构的完整性与稳结构的完整性与稳定性，保证生命延续和物种稳定的重要环节。定性，保证生命延续和物种稳定的重要环节。修复途径修复途径 修复对象修复对象 参与修复的酶或蛋白参与修复的酶或蛋白光复活修复光复活修复 嘧啶二聚体嘧啶二聚体 光复活酶光复活酶碱基切除修复碱基切除修复 受损的碱基受损的碱基 DNADNA糖基化酶、无嘌呤嘧啶核酸内切酶糖基化酶、无嘌呤嘧啶核酸内切酶核苷酸切除修核苷酸切除修复复 嘧啶二聚体、嘧啶二聚体、DNADNA螺螺旋结构的改变旋结构的改变 大肠杆菌中大肠杆菌中UvrAUvrA、UvrBUvrB、UvrCUvrC和和UvrDUvrD，人人XPXP系列蛋白系列

5、蛋白XPAXPA、XPBXPB、XPCXPGXPCXPG等等错配修复错配修复 复制或重组中的碱基复制或重组中的碱基配对错误配对错误 大肠杆菌中的大肠杆菌中的MutHMutH、MutLMutL、MutSMutS，人，人的的MLH1MLH1、MSH2MSH2、MSH3MSH3、MSH6MSH6等等重组修复重组修复 双链断裂双链断裂 RecARecA蛋白、蛋白、KuKu蛋白、蛋白、DNA-PKcsDNA-PKcs、XRCC4XRCC4损伤跨越修复损伤跨越修复 大范围的损伤或复制大范围的损伤或复制中来不及修复的损伤中来不及修复的损伤 RecARecA蛋白、蛋白、LexALexA蛋白、其他类型蛋白、其他

6、类型DNADNA聚合酶聚合酶一、有些一、有些DNA损伤可以直接修复损伤可以直接修复 嘧啶二聚体的直接修复嘧啶二聚体的直接修复 烷基化碱基的直接修复烷基化碱基的直接修复 无嘌呤位点的直接修复无嘌呤位点的直接修复 单链断裂的直接修复单链断裂的直接修复n嘧啶二聚体的直接修复嘧啶二聚体的直接修复n烷基化碱基的直接修复烷基化碱基的直接修复n无嘌呤位点的直接修复无嘌呤位点的直接修复n单链断裂的直接修复单链断裂的直接修复pDNADNA连接酶连接酶能够催化能够催化DNADNA双螺旋结构中一条链上缺口双螺旋结构中一条链上缺口处的处的5 5 - -磷酸基团与相邻片段的磷酸基团与相邻片段的3 3 - -羟基之间形成

7、磷酸二羟基之间形成磷酸二酯键，从而直接参与部分酯键，从而直接参与部分DNADNA单链断裂的修复，如电单链断裂的修复，如电离辐射所造成的切口。离辐射所造成的切口。二、切除修复是最普遍的二、切除修复是最普遍的DNA损伤修复方式损伤修复方式 碱基切除修复碱基切除修复 核苷酸切除修复核苷酸切除修复n碱基切除修复碱基切除修复（base excision repair）n核苷酸切除修复核苷酸切除修复（nucleotide excision repair） E.coli的的NER主要由主要由4种种蛋白质组成：蛋白质组成：UvrAUvrBUvrCUvrD n人类的人类的DNA损伤核苷酸切除修复损伤核苷酸切除修

8、复NER不仅能够修复整个基因组中的损伤，而不仅能够修复整个基因组中的损伤，而且能拯救因转录模板链损伤而暂停转录的且能拯救因转录模板链损伤而暂停转录的RNA聚合聚合酶，即参与酶，即参与转录偶联修复（转录偶联修复（transcription-coupled repair）。作用方式：作用方式：NER蛋白质被募集于暂停的蛋白质被募集于暂停的RNA聚合酶。聚合酶。转录偶联修复的意义：转录偶联修复的意义：将修复酶集中于正在转将修复酶集中于正在转录录DNA，使该区域的损伤尽快得以修复。，使该区域的损伤尽快得以修复。n碱基错配修复碱基错配修复（ mismatch repair）E.coliE.coli错配修

9、复系统修复复制差错错配修复系统修复复制差错Dam甲基化酶（甲基化酶（methylase）使）使E.coli处处于暂时的于暂时的半甲基化状态半甲基化状态，标记母链和新合成，标记母链和新合成的的DNA链，帮助链，帮助新合成的新合成的DNA链链被错配修复被错配修复系统识别并修复。系统识别并修复。模板链模板链的的GATC序列甲基化序列甲基化 MutH仅切割仅切割新新合成的合成的DNA链链 MutH的切口位于错配核苷酸的的切口位于错配核苷酸的5 侧侧，使用外切酶，使用外切酶或或RecJ，按，按53 方向降解方向降解DNA；切口位于错配的切口位于错配的3侧侧，则使用外切酶，则使用外切酶，按，按3 5 方向

10、降解方向降解DNA。DNA聚合酶聚合酶填补所产生单链填补所产生单链DNA缺口。缺口。MSH（MutS homologs）蛋白）蛋白与与MutL同源的同源的MLH和和PMS蛋白蛋白真核细胞错配修复系统无真核细胞错配修复系统无MutH，也无半甲基化，也无半甲基化标记母链。标记母链。错配修复系统利用冈崎片段连接前的错配修复系统利用冈崎片段连接前的DNA缺口缺口辨别错配碱基所在的辨别错配碱基所在的DNA链。链。真核细胞核苷酸修复错配系统：真核细胞核苷酸修复错配系统：三、三、DNA严重损伤时需要重组修复严重损伤时需要重组修复 同源重组修复同源重组修复 非同源末端连接的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四、某些修复发生在跨越损伤DNA的复制事件之后的复制事件之后 重组跨越损伤修复重组跨越损伤修复 合成跨越损伤修复合成跨越损伤修复DNA损伤和修复的意义损伤和修复的意义The significance of DNA damage and repair第三节第三节一、一、DNA损伤具有双重效应损伤具有双重效应 一是给一是给DNADNA带来永久性的改变即带来永久性的改变即突变突变，可，可能改变基因的编码序列或者基因的调控序列能改变基因的编码序列或者基因的调控序列； 二是二是DNADNA的这些改变使得的这些改变使得DNADNA不能用作复不能用作复制和转录的模板