-第六章损伤与修复-5年制课件

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第六章DNA损伤与修复

DNAdamageandrepair曾海涛中南大学生物科学与技术学院分子生物学研究中心2

哺乳动物细胞DNA损伤的发生频率

DNA损伤类型次·细胞-1·天–1单链损伤55000脱嘌呤10000脱嘧啶200O6甲基鸟嘌呤3100胞嘧啶脱氨基200胸腺嘧啶乙二醇270胸苷乙二醇703第一节DNA损伤的原因及后果电离辐射氧自由基烷化剂复制错误碱基类似物紫外线4一、DNA分子的自发性损伤(一)DNA复制产生误差模板核酸外切酶活性DNA聚合酶Ⅰ

错配碱基5

如大肠杆菌碱基配对的错误率为10-1-10-2DNA聚合酶校正后错误率为10-5-10-6复制后经校正系统校正,错配率为10-9左右6（二）DNA的自发性化学变化1.碱基的异构互变DNA分子中的4种碱基各自的异构体间都可以自发地相互变化(例如酮式-烯醇式或氨基-亚氨基之间的结构互变),使配对碱基间的氢键改变。92.碱基的脱氨基作用碱基的环外氨基有时会自发脱落,从而胞嘧啶(C)变成尿嘧啶(U),腺嘌呤(A)变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤（G）变成黄嘌呤(X)等。复制时,U与A配对、H与C配对就会导致子代DNA序列的错误变化。103.脱嘌呤与脱嘧啶即碱基脱落，是指从DNA上丢失了嘌呤或嘧啶，形成无碱基位点，称为AP部位（apurine,apyrimidinesite,AP）。11复制时可以插入任何核苷酸。脱落碱基后的脱氧核糖3’端的磷酸二酯键易被水解,造成DNA链断裂。在哺乳动物细胞基因组中,每天每个细胞因N-糖苷键自发水解约丢失10000个嘌呤碱基和200个嘧啶碱基。124.碱基修饰与链断裂细胞在正常生理活动中产生的活性氧会造成DNA损伤，产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物，还可引起DNA单链断裂等损伤。每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率约为五万次。13二、物理因素引起的DNA损伤(一)紫外线照射引起的DNA损伤同一条DNA链相邻嘧啶以共价键连成二聚体(T-T、C-T、C-C),导致复制不能进行。14胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶-胞嘧啶二聚体15(二)电离辐射引起的DNA损伤直接效应:DNA直接吸收射线能量而遭损伤；间接效应:DNA周围其他分子(主要是水分子)吸收射线能量而产生具有很高反应活性的自由基，进而损伤DNA。16电离辐射引起DNA损伤的机理间接作用直接作用17电离辐射引起DNA损伤的类型产生·OH自由基,导致碱基变化

脱氧核糖分解

DNA链断裂

交联包括DNA链交联和DNA-蛋白质交联18

三、化学因素引起的DNA损伤(一)烷化剂对DNA的损伤1.碱基烷基化2.碱基脱落3.断链4.交联19鸟嘌呤胞嘧啶O6-乙基鸟嘌呤胸腺嘧啶碱基烷基化

碱基烷基化烷化剂很容易将烷基加到DNA链中嘌呤或嘧啶的N或O上,烷基化的嘌呤碱基配对会发生变化。20双功能基烷化剂,化学武器氮芥、硫芥等抗癌药物如环磷酰胺、苯丁酸氮芥、丝裂霉素等致癌物如二乙基亚硝胺等同时使两个位点烷基化21

5-BrdU（5-BrdU-A；5-BrdU-G）酮式烯醇式(二)碱基类似物、修饰剂对DNA的损伤

亚硝酸盐能使胞嘧啶脱氨基变成尿嘧啶（C→U）

羟胺能使胸腺嘧啶脱甲基变成胞嘧啶（T→C）

黄曲霉素B(G→T)22四、DNA损伤的后果

1.点突变(pointmutation)2.缺失(deletion)3.插入(insertion)4.倒位或转位(transposition)5.DNA断裂(DNAbreak)2324第二节DNA修复主要类型:错配修复直接修复光裂合酶修复切除修复重组修复跨损伤修复(SOS修复)

25一、错配修复错配修复可校正DNA复制和重组过程中发生的碱基错配。错配的碱基可被错配修复酶识别后进行修复。261.E.coli错配修复机制错配修复系统组成（Mismatchrepairsystem）DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)解旋酶Helicase、SSB.外切核酸酶(Ⅰ、Ⅶ、X和RecJ)、DNApolymeraseⅢ、连接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutS,L,H扫描新生链中错配碱基识别新生链中非m6A的GATC序列酶切含错配碱基的DNA区段27错配修复

28错配修复(大肠杆菌)Mis-pairedbases29错配修复(大肠杆菌)302.真核细胞错配修复机制31二.直接修复1.单链断裂修复DNA单链断裂是损伤的一种常见形式,可以通过DNA连接酶的重接而修复。

322.光分解酶(光复活酶)直接修复二聚体形成嘧啶二聚体光复活酶结合于损伤部位酶被可见光激活修复后释放酶333.直接修复烷基化碱基O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶344.直接插入嘌呤DNA链上嘌呤的脱落造成无嘌呤位点，能被DNA嘌呤插入酶(insertase)识别结合，催化游离的嘌呤碱基与DNA无嘌呤部位形成糖苷键。且催化插入的碱基有高度专一性、与另一条链上的碱基严格配对，使DNA完全恢复。35三、碱基切除修复（baseexcisionrepair,BER）指切除和替换由内源性化学物作用产生的DNA碱基损伤,是切除修复的一种。受损碱基移除是由多个酶来完成的。主要针对DNA单链断裂和小的碱基改变及氧化性损伤。36碱基切除修复37四、

核苷酸切除修复（nucleotideexcisionrepair）

体内识别DNA损伤最多的修复通路主要修复可影响碱基配对而扭曲双螺旋结构的DNA损伤,修复时切除含有损伤碱基的那一段DNA。38核苷酸切除修复(大肠杆菌)UvrA:识别损伤部位UvrB:解旋双链,3’末端内切紫外线诱导uvrA、uvrB.uvrC和uvrD四种基因表达39UvrC:5’末端内切40UvrD:解旋酶41核苷酸切除修复(基因组修复–以人为例)42核苷酸切除修复(转录偶联修复-以人为例)43GG-NER和TC-NER的共同