分子生物学dna损伤与修复

1、分子生物学dna损伤与修复分子生物学dna损伤与修复第1页目标与要求课时：21.掌握：DNA 损伤类型2.掌握：DNA损伤修复方式3.了解：DNA损伤、修复意义4.了解：DNA损伤原因分子生物学dna损伤与修复第2页各种体内外原因所造成DNA组成与结构改变称为DNA损伤（DNA damage） 电离辐射氧自由基烷化剂复制错误核苷类似物分子生物学dna损伤与修复第3页其一，DNA结构发生永久性改变，即突变 其二，造成DNA失去作为复制和/或转录模板功效 DNA损伤后果:分子生物学dna损伤与修复第4页DNA损伤DNA Damage第一节分子生物学dna损伤与修复第5页一、各种原因经过不一样机制造

2、成DNA损伤（一）体内原因 DNA复制错误 DNA本身不稳定性 机体代谢过程中产生活性氧年3月科学杂志论文：癌症发生原因中运气不好占66.1%。分子生物学dna损伤与修复第6页DNA复制错误：1. 碱基错配互变异构移位（tautomeric shift）: 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，使复制后子链上出现错误。分子生物学dna损伤与修复第7页分子生物学dna损伤与修复第8页2.复制打滑分子生物学dna损伤与修复第9页脆性X综合征 X染色体上(CGG)n重复序列拷贝数增加。在男性中发病率为1/10001/1500，在全部男性智力低下患者约10%20为本病所

3、引发。分子生物学dna损伤与修复第10页肌强直性营养不良 19号染色体上编码肌强直性蛋白激酶Dystrophia myotonica protein kinase(DMPK) 3-UTR 区(CTG)n重复序列扩增造成。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，造成显著肌肉僵硬分子生物学dna损伤与修复第11页DNA本身不稳定性 ：DNA结构本身不稳定性是DNA自发性损伤中最频繁和最主要原因。当DNA受热或所处环境pH值发生改变时， DNA分子上连接碱基和核糖之间糖苷键可自发发生水解，造成碱基丢失或脱落

4、，其中以脱嘌呤最为普遍。分子生物学dna损伤与修复第12页含有氨基碱基还可能自发脱氨基反应，转变为另一个碱基，即碱基转变，如C转变为U，A转变为I（次黄嘌呤）等。分子生物学dna损伤与修复第13页 活性氧（ROS）：反应活性很高含氧自由基和H2O2。 自由基：外层轨道带有未配对电子原子、原子团或分子。（O2- 和OH等） 含氧自由基可造成碱基氧化，如8-氧鸟嘌呤（7, 8-oxoG, GO）可与C或A配对，造成G-C T-A颠换。机体代谢过程中产生活性氧分子生物学dna损伤与修复第14页羟自由基作用：破坏碱基结构核糖分解DNA链断裂DNA链、蛋白质交联分子生物学dna损伤与修复第15页（二）体

5、外原因物理原因化学原因生物原因分子生物学dna损伤与修复第16页物理原因：电离辐射（核辐射、各种射线）、非电离辐射（紫外线、各种电器发出辐射）岡崎分子生物学dna损伤与修复第17页化学原因：自由基碱基类似物碱基修饰剂、烷化剂嵌入性染料分子生物学dna损伤与修复第18页 5-BrdU （酮式-A； 烯醇式-G）(T碱基类似物） 亚硝酸盐氧化脱氨 （CU）（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)分子生物学dna损伤与修复第19页嵌入染料分子生物学dna损伤与修复第20页物理和化学原因对DNA损伤 分子生物学d

6、na损伤与修复第21页二、DNA损伤有各种类型 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交联依据DNA结构改变分为：分子生物学dna损伤与修复第22页碱基脱落分子生物学dna损伤与修复第23页碱基结构破坏造成碱基之间发生错配 EMS(甲基磺酸乙酯)分子生物学dna损伤与修复第24页嘧啶二聚体分子生物学dna损伤与修复第25页DNA链发生断裂：分子生物学dna损伤与修复第26页DNA损伤类型（从损伤后果上）碱基置换缺失 插入 链断裂 转换颠换分子生物学dna损伤与修复第27页DNA损伤后果信号传导异常长久效应衰老肿瘤疾病DNA 修复机制短期效应异常增生和代谢生理功效紊乱细胞死

7、亡基因表示异常基因组不稳定分子生物学dna损伤与修复第28页DNA损伤修复The repair of DNA damage第二节分子生物学dna损伤与修复第29页托马斯林达尔（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组员。发觉碱基切除修复。保罗莫德里奇（Paul Modrich），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。 发觉DNA错配修复。阿齐兹桑贾尔（Aziz Sancar），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、细胞周期检验点

8、、生物钟方面研究。直接观察到了光解酶修复胸腺嘧啶二聚体过程。诺贝尔化学奖获奖理由是“DNA修复细胞机制研究”分子生物学dna损伤与修复第30页常见DNA损伤修复路径 修复路径 修复对象 参加修复酶或蛋白 光复活修复 嘧啶二聚体 光复活酶 碱基切除修复 受损碱基 DNA糖基化酶、无嘌呤嘧啶核酸内切酶 核苷酸切除修复 嘧啶二聚体、DNA螺旋结构改变 大肠杆菌中UvrA、UvrB、UvrC和UvrD，人XP系列蛋白XPA、XPB、XPCXPG等 错配修复 复制或重组中碱基配对错误 大肠杆菌中MutH、MutL、MutS，人MLH1、MSH2、MSH3、MSH6等 重组修复 双链断裂 RecA蛋白、K

9、u蛋白、DNA-PKcs、XRCC4 损伤跨越修复 大范围损伤或复制中来不及修复损伤 RecA蛋白、LexA蛋白、其它类型DNA聚合酶 分子生物学dna损伤与修复第31页常见DNA损伤及其修复机制 DNA损伤原因 DNA损伤类型修复机制X射线、氧自由基、烷化剂 自发脱碱基单链断裂、无碱基位点、氧化性碱基（如8-氧鸟嘌呤）脲嘧啶碱基切除修复紫外线和多环芳烃环丁烷嘧啶二聚体等大紫外线光产物和稳定多环芳烃化合物等大分子DNA加合物核苷酸切除修复抗癌药（如顺铂和丝裂霉素）双链断裂和链间交联双链断裂修复（同源重组修复和末端连接）复制错误和烷化剂碱基错配和缺失（插入）错配修复分子生物学dna损伤与修复第3

10、2页一、直接修复 嘧啶二聚体直接修复（光复活酶） 烷基化碱基直接修复 （烷基转移酶）无嘌呤位点直接修复 （DNA嘌呤插入酶）单链断裂直接修复 （DNA连接酶） 直接修复是最简单一个DNA损伤修复方式，修复酶直接作用于受损DNA，将之恢复为原来结构。分子生物学dna损伤与修复第33页UVPotolyase（光修复酶）300-600nm嘧啶二聚体直接修复分子生物学dna损伤与修复第34页烷基化碱基直接修复分子生物学dna损伤与修复第35页二、切除修复是最普遍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 分子生物学dna损伤与修复第36页碱基切除修复（base excision re

11、pair） 识别受损碱基分子生物学dna损伤与修复第37页核苷酸切除修复(nucleotide excision repair, NER） 4步反应组成：由特殊蛋白质探测损伤，并引发一系列蛋白质与损伤部位有序结合。 由特殊内切酶在损伤部位两侧切开DNA链，去除2个切口之间带有损伤DNA片段，形成缺口。由DNA pol填补缺口。由DNA连接酶连接切口 。识别损伤对DNA双螺旋结构所造成扭曲。分子生物学dna损伤与修复第38页E.coliNER主要由4种蛋白质组成：UvrAUvrBUvrCUvrD 分子生物学dna损伤与修复第39页核苷酸切除修复 (全基因组修复真核生物）分子生物学dna损伤与修复

12、第40页分子生物学dna损伤与修复第41页核苷酸切除修复 (转录偶联修复 -人类)分子生物学dna损伤与修复第42页着色性干皮病(Xeroderma pigmentosum, XP) 是一个隐性遗传性疾病，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.病情随年纪逐步加重，多数患者于20岁前因恶性肿瘤 而死亡。5.组织病理 晚期出现表皮非经典性

13、增生、日光角化及鳞癌和基底细胞癌等恶性肿瘤。分子生物学dna损伤与修复第43页着色性干皮病患儿脸部特征分子生物学dna损伤与修复第44页着色性干皮病并发症分子生物学dna损伤与修复第45页着色性干皮病治疗防止紫外线照射 防止肿瘤致病因子对症治疗分子生物学dna损伤与修复第46页碱基错配修复（ mismatch repair）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一个特殊形式，主要负责纠正： 复制与重组中出现碱基配对错误； 因碱基损伤所致碱基配对错误； 碱基插入； 碱基缺失。 分子生物学dna损伤与修复第47页大肠杆菌错配修复系统组成:甲基化酶（如DNA

14、腺嘌呤甲基化酶，即m6A甲基化酶）DNA polymerase 填补单链 DNA 缺口Helicase、SSB、核酸外切酶 (和)、连接酶MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits Mut H, L, S 扫描新生链中错配碱基识别新生链中非 m6A GATC序列酶切含错配碱基DNA区段分子生物学dna损伤与修复第48页错配修复 分子生物学dna损伤与修复第49页错配修复分子生物学dna损伤与修复第50页MSH（MutS homologs）蛋白与MutL同源MLH和PMS蛋白真核细胞错配修复系统无MutH，也无半甲基化标识母链。错配修复系统利用冈崎片段连接前

15、DNA缺口区分错配碱基所在DNA链。真核细胞碱基错配修复系统：分子生物学dna损伤与修复第51页三、DNA严重损伤时需要重组修复 同源重组修复 非同源末端连接重组修复 双链断裂修复：分子生物学dna损伤与修复第52页同源重组修复（人）:最简单、最常见双链断裂修复方式需同源序列X分子生物学dna损伤与修复第53页同源重组修复分子生物学dna损伤与修复第54页非同源末端连接重组修复 分子生物学dna损伤与修复第55页四、一些修复发生在跨越损伤DNA复制事件之后 重组跨越损伤修复 合成跨越损伤修复 保留错误修复。修复大范围损伤或复制中来不及修复损伤。 分子生物学dna损伤与修复第56页重组跨越损伤修

16、复 复制后修复Rec A,B,C“稀释”效应“拆东墙补西墙”分子生物学dna损伤与修复第57页SOS修复中LexA-RecA操纵子作用机制 合成跨越损伤修复 分子生物学dna损伤与修复第58页常见DNA损伤修复路径 修复路径 修复对象 参加修复酶或蛋白 光复活修复 嘧啶二聚体 光复活酶 碱基切除修复 受损碱基 DNA糖基化酶、无嘌呤嘧啶核酸内切酶 核苷酸切除修复 嘧啶二聚体、DNA螺旋结构改变 大肠杆菌中UvrA、UvrB、UvrC和UvrD，人XP系列蛋白XPA、XPB、XPCXPG等 错配修复 复制或重组中碱基配对错误 大肠杆菌中MutH、MutL、MutS，人MLH1、MSH2、MSH3、MSH6等 重组修复 双链断裂 RecA蛋白、Ku蛋白、DNA-PKcs、XRCC4 损伤跨越修复 大范围损伤或复制中来不及修复损伤 RecA蛋白、LexA蛋白、其它类型DNA聚合酶 分子生物学dna损伤与修复第59页DNA损伤和修复意义The significance of DNA damage and repair第三节分子生物学dna损伤与修复第