致突变作用及检测方法解析

致突变作用及检测方法祝建洪9/2/20261一、基本概念遗传：生物物种通过各种繁殖方式来保证世代间生命延续的过程。变异(variation)：亲子间或子代个体间出现的差异。9/2/202621.遗传学基础1、DNA与基因2、染色质与染色体3、体细胞与生殖细胞4、基因型与表型5、细胞周期、有丝分裂、减数分裂9/2/20263

DNA与基因（1）DNA的化学结构：DNA由许多核苷酸组成，每个核苷酸又由三部分构成：

一个脱氧核糖一个磷酸根一个碱基DNA中有4种碱基：A、G、C、TDNA即由4种核苷酸构成的长链。9/2/20264（2）DNA空间结构：DNA是由2条多核苷酸相连而形成的巨大分子。

2条长链都向右边盘绕，脱氧核糖和磷酸根排列在外侧；碱基对排列在内侧。9/2/202651、DNA与基因2、染色质与染色体3、体细胞与生殖细胞4、基因型与表型5、细胞周期、有丝分裂、减数分裂9/2/202662.产生变异原因1、亲代个体杂交产生时由于重组而发生变异；2、基因突变而发生；3、生物的染色体组成或细胞质发生变化而产生。9/2/20267突变(mutation)：遗传结构本身的变化及其引起的变异称为突变。突变是遗传物质的一种可遗传的变异。自发突变诱发突变1、培育和选择新种或良种。2、引起人类健康危害。9/2/20268致突变作用（mutagenesis）：外来因素，特别是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力，而且此种改变可随细胞分裂过程而传递。1、基因突变(genemutation)2、染色体畸变(chromosomeaberration)突变的发生及其过程。遗传毒理学(genetictoxicology)：研究化学性和放射性物质的致突变作用以及人类接触致突变物可能引起的健康效应。9/2/20269二、化学毒物致突变的类型1.基因突变基因突变：指的是基因中DNA序列的变化。碱基置换移码突变9/2/202610（1）碱基置换

指DNA链上某个碱基对为另一碱基对所取代，引起错误配对(mispairing)9/2/202611碱基置换(basesubstitution)：错误配对的碱基在下一次DNA复制时，按正常规律配对，于是原来的碱基对被错误的碱基对所置换。G:C→

A:T转换：嘌呤→嘌呤，嘧啶→嘧啶颠换：嘧啶→嘌呤，嘌呤→嘧啶9/2/202612转换和颠换的结果取决于其在蛋白质合成过程中的错义密码和无义密码的多少。错义突变：密码子发生了改变，从一种氨基酸变成另一种氨基酸，产生无活性的基因产物，对其功能的影响取决于替代的特定氨基酸及其在蛋白质一级结构中所处的位置。无义突变：基因产物是不完全或无功能的。9/2/202613（2）移码突变（frameshiftmutation）指发生一对或几对（3对除外）的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并转译成不正常的氨基酸。

如果减少或增加的碱基对刚好是3对，基因产物的肽链中仅减少或增加一个氨基酸，后果与碱基置换相似，而以移码突变不一样。

移码突变中，基因产物有明显的改变，也许是不完全，可产生一个无功能的肽链片段。9/2/2026142、染色体畸变指染色体的结构或数目的改变，是遗传物质大的改变，一般可用光学显微镜检查。染色单体型畸变：畸变涉及复制染色体中两条中的一条。染色体型畸变：畸变涉及复制染色体中的两条。9/2/202615（1）染色体结构异常类型断裂：产生无着丝点片断缺失：染色体上丢失了一个片段倒位：一个染色体片段被颠倒了臂间倒位：包括着丝点臂内倒位：不包括着丝点易位：两条非同源染色体片段的位置交换重排：多条染色体断裂后的易位重复：在一套染色体里，一个染色体片段出现不至一次插入：一染色体三次断裂，两次断裂片断插入一次断裂区9/2/202616二倍体：哺乳动物体细胞，2n单倍体：生殖细胞，n多倍体：染色体数目成倍增加，xn。非整倍体：增加或减少1条或几条染色体，如2n+1,2n-1等。Down氏综合症：3条21号染色体，47条（2）染色体数目异常9/2/202617三、致突变作用的机制和后果1、引起突变的DNA变化；2、引起突变的细胞分裂过程的改变；3、其他的改变。9/2/2026181、引起突变的DNA变化（一）碱基损伤（二）DNA链受损9/2/202619碱基损伤1、碱基错配；2、平面大分子嵌入DNA链；3、碱基类似物取代；4、碱基的化学结构改变或破坏。烷化剂（烷基硫酸酯、N－亚硝基化合物、氮芥、硫芥）9－氨基吖啶5－溴脱氧嘧啶核苷→胸腺嘧啶2－氨基嘌呤→鸟嘌呤亚硝酸盐羟胺9/2/202620DNA链受损1、二聚体的形成；2、DNA加合物形成；3、DNA－蛋白质交联物形成。紫外线烷化剂、苯并（a）芘、砷化合物、甲醛9/2/2026212、引起突变的细胞分裂过程的改变

细胞分裂过程染色体分离异常非整倍体、多倍体纺锤体、微管蛋白合成与聚合、微管结合蛋白合成与功能发挥9/2/202622非整倍体细胞由正常细胞未分裂而产生，其原因有：同源染色体减数分裂Ⅰ期不能适当分离，或者姐妹染色体在减数分裂Ⅱ期，或有丝分裂期不能恰当分离。

不分裂的结果是纺锤体的一极接受了同源或两个染色单体，而另一极没有。9/2/202623多倍体产生：①在细胞增殖过程，细胞周期正常染色体复制，但在接下来的有丝分裂期，染色体分裂时，染色体单体不能分离，即产生一个4倍体细胞。②由于接受分裂错误，配子为2倍体，而不是单倍体，所以会产生一个多倍体的受精卵。③如一个卵子被一个以上精子受精，也将产生多倍体。9/2/202624机制1、与微管蛋白二聚体结合：秋水仙碱2、与微管上的巯基结合：甲基汞、苯基汞3、已组装好的微管的破坏：秋水仙碱、灰黄霉素、长春花碱——与微管蛋白结合——已组装好的微管解聚；毛地黄皂苷——使微管蛋白变性；异丙基－N－氨基甲酸苯酯——使微管失去定向能力。4、中心粒移动受阻：秋水仙碱5、其他作用：N2O9/2/2026253、其他的改变1、DNA复制有关酶系改变2、DNA修复有关酶系改变9/2/2026264、突变的后果DNA损伤修复的效率体细胞突变生殖细胞突变良性肿瘤恶性转化细胞衰老已分化的胚胎细胞受损未分化的胚胎细胞受损显性致死隐性致死存活突变动脉硬化癌变未知疾病老化功能或结构畸形流产与死胎胚胎综合征生育功能障碍遗传性疾病基因负荷9/2/202627机体对致突变作用的影响遗传物质在所有的物种中，均是世代相传。①DNA执行高保真的复制，对复制过程中的错误能及时纠正；②机体有多种机制修复DNA损伤，以保护亲代DNA链，使其免受化学毒物的作用而发生改变。9/2/202628DNA修复机制损伤耐受损伤修复指DNA遗传可绕过那些阻止DNA复制的DNA损伤。细菌的重组修复。直接修复切除修复光修复指将损伤或不正确的甲基去除和替换，如核苷酸去除。9/2/202629个体对致突变物敏感性的差异原因：代谢酶的遗传多态性；修复能力差异；宿主原因。9/2/202630一、DNA损伤的修复1、光修复2、“适应性”反应3、切除修复4、双链断裂修复5、交联修复9/2/2026311、光修复它通过酶切下DNA上嘧啶二聚体，将毗连的嘧啶接回原结构上，依赖光裂合酶，是一种依赖光的过程，主要针对紫外线损伤产生的胸腺嘧啶二聚体的修复机制。广泛存在于原核生物和真核生物体内。9/2/2026322、”适应性“反应烷基转移酶O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶酵母、大鼠、人类9/2/2026333、切除修复（1）核苷酸切除修复（2）碱基切除修复（3）错配修复最常见的修复机制，可修复所有种类的DNA损伤；但不能去除较大的DNA加合物及DNA链间交联。DNA糖基酶；专一性更强。9/2/2026344、双链断裂修复复制继续进行，DNA损伤部位存在。是一种耐受过程，一种以容忍损伤继续存在和高突变率情况下，以换取细胞继续生存的耐受过程。9/2/2026355、交联修复（1）无误交联修复（2）易误交联修复9/2/202636遗传因素对致突变作用的影响环境因素机体肿瘤（癌）先天性：遗传多态性后天性：不同生活方式损伤修复突变9/2/2026371、代谢酶遗传多态性2、修复功能的个体差异P－450、乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶、N-乙酰基转移酶、酯酶、、、（1）O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶（MGMT）（2）聚（二磷酸腺苷－核糖）多聚酶（PARP）9/2/202638五、常用致突变实验方法1、观察项目的选择2、常用的致突变实验3、致突变实验中的一些问题9/2/202639一、观察项目的选择1、观察效应终点的类型遗传终点（geneticendpoint）：试验观察到的现象所反映的各种事件。基因突变实验染色体畸变实验DNA损伤实验9/2/202640①DNA完整性的改变（形成加合物、断裂、交联）②DNA重排或交换③DNA碱基序列改变④染色体完整性改变⑤染色体畸变遗传终点9/2/2026412、成套的观察项目遗传毒理学评价程序：（1）选择的遗传毒性试验包括5种类型的遗传学终点；（2）包括多种进化程度不同的物种：原核细胞、低等、高等真核细胞；（3）体内试验与体外试验配合。9/2/202642食品1、Ames试验2、小鼠骨髓微核试验或骨髓细胞染色体畸变分析3、小鼠精子畸形分析和睾丸染色体畸变分析4、其他9/2/202643化妆品1、Ames试验2、体外哺乳动物细胞染色体畸变3、哺乳动物骨髓细胞染色体畸变率检测试验4、动物骨髓微核试验或骨髓细胞染色体畸变分析5、小鼠精子畸形检测试验9/2/202644当体内体细胞致突变试验得到阳性结果，并有生殖细胞接触证据时，再进行哺乳动物生殖细胞致突变试验。对于一种受试物应当先用原核细胞或体细胞的体外试验按遗传学终点合理配套进行试验，并对有阳性结果的遗传学终点试验验证其在体内的真实性，必要时再选用生殖细胞致突变试验进行遗传危害的评价。9/2/202645二、常用的致突变试验1、细菌回复突变试验（Ames试验）2、哺乳动物体细胞株突变试验3、染色体畸变分析4、微核试验5、显性致死试验6、果蝇伴性隐性致死试验7、姐妹染色单体交换试验8、程序外DNA合成试验体外基因突变实验细胞遗传学实验体内基因突变实验DNA损伤实验9/2/2026461、细菌回复突变试验（Ames）AmesBN，1979年建立鼠伤寒沙门氏菌、大肠杆菌利用突变体的测试菌株，观察受试物能否纠正或补偿突变体所携带的突变改变，判断其致突变性。9/2/202647原理：人工诱变的突变株在组氨酸操纵子中有一个突变，突变的菌株必需依赖外源性组氨酸才能生长，而在无组氨酸的培养基上不能存活，致突变物可使其基因发生回复突变，使它在缺乏组氨酸的培养基上也能生长。9/2/202648试验用菌株：TA100、TA98、TA97、TA102。试验方法：平板掺入法、点试法、预培养法。9/2/2026492、哺乳动物体细胞株突变试验常用细胞株：中国地鼠肺细胞V79、中国地鼠卵巢细胞CHO、小鼠淋巴瘤细胞L5178Y9/2/202650中国地鼠肺细胞V79、中国地鼠卵巢细胞CHO：缺乏利用嘌呤碱的一种酶HGPRT小鼠淋巴瘤细胞L5178Y：缺乏胸苷激酶TK9/2/2026513、染色体畸变分析遗传终点：染色体完整性改变染色体分离改变裂隙、断裂、无着丝粒环、染色体环、双或多着丝粒染色体、射体、染色体粉碎9/2/202652微核：与染色体损伤有关，是染色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝受损伤而丢失的整个染色体，在细胞分裂后期遗留在细胞质中，末期后，单独形成一个或几个规则的次核，包含在子细胞的胞质内，比主核小，故称微核。9/2/202653微核来源1、断片或无着丝粒染色体在细胞分裂后期不能定向移动，而遗留在细胞质中；2、个别染色体或带着丝粒的染色体环和断片在细胞分裂后期被遗留在细胞质中。9/2/202654染色体完整性改变染色体分离改变遗传学终点DNA断裂剂非整倍体诱变剂9/2/202655小鼠骨髓细胞微核试验

染毒2次（间隔24小时），于第二次染毒6小时后取股骨制片。无菌血清溶骨髓。甲醇固定。

Giemsa染色。9/2/2026565、显性致死试验遗传终点染色体完整性改变染色体分离改变9/2/202657显性致死突变

指哺乳动物生殖细胞染色体发生结构和数目变化，出现的受精卵在着床前死亡和胚胎早期死亡。9/2/202658受试动物：小鼠、大鼠、仓鼠、豚鼠、果蝇优点：不需要特殊设备缺点：灵敏度差、动物数量大、要求一定的受孕率。9/2/2026596、果蝇伴性隐性致死试验（SLRL）遗传终点：

DNA碱基序列改变原理：隐性基因在伴性遗传中具有交叉遗传特征。9/2/202660受试物雄蝇XY+雌蝇XXF1代雌蝇XX+F1代雄蝇XYF2代雌蝇XX和XX、F2代雄蝇XY和XY9/2/202661优点果蝇世代周期短繁殖率高饲养方便经济判断突变终点客观不需要活化缺点与哺乳动物差异较大9/2/2026627、姐妹染色单体交换试验（SCE）SCE：指染色体同源座位上DNA复制产物的相互交换，其频率与DNA断裂和修复有关。遗传终点：染色体完整性改变DNA重排或交换9/2/202663原理中期染色体由染色单体组成，染色单体由双螺旋结构的DNA链组成，当在细胞分裂时期，加入有Brdu（5-溴脱氧尿嘧啶核苷），Brdu能取代胸腺嘧啶核苷酸而掺入到新复制的DNA链中，在经历了两个分裂周期，细胞染色体上的两条染色单体一条被Brdu半取代，即单链取代，另一条被全取代，即双取代。两者的差别可借不同的染色方法区别，显示一条深一条浅的两条染色单体，称姐妹染色单