临床上课致突变作用.ppt

1、第六章 外源化学物致突变作用,黄 晓 薇,DNA,RNA,蛋白质,生物物种通过各种繁殖方式保证生命的延续，使亲代的性状在子代中得到体现，称为遗传（heredity）。,为什么子女与父母非常相象？,第一节 概 述,2,变异（variation）,在亲子之间或子代个体之间出现不同程度的差异，称为变异。,亲代个体杂交，基因重组； 基因突变，新基因产生； 染色体组成或细胞质发生变化,3,掌 握,突变（mutation）,是指遗传结构本身的变化及其引起的变异，即生物体的遗传物质发生了突然的、根本的、遗传的变化，因为这种变化起源于基因和染色体，因此，是可遗传的变异。,自发突变 (spontaneous m

2、utation),诱发突变 (induced mutation),4,掌 握,突变,诱发突变,自发突变 ：物种进化,人类健康危害,新品种培育、选择、改良,发生过程长，频率低,发生过程短，频率高；可为人类利用，也可能对人有害,5,6,7,1. 化学物质 天然存在的致突变物：如黄曲酶毒素、亚硝胺等,环境中的致突变因素,8,人工合成的致突变物 抗癌药物：如环磷酰胺等 烷化剂：如环氧乙烷、氮芥、硫芥等 有毒金属：如六价铬、有机汞等 农药：如乐果、敌百虫等 食品添加剂：如奶油黄、胭脂红、食用蓝1号和2号等 其他：如多氯联苯、氯乙烯、苯等,9,2、物理因素：电离辐射、温度剧烈变化等,10,1986年4月2

3、6日，原苏联在乌克兰境内修建的切尔诺贝利核电站发生爆炸并引起大火。该事故导致约吨的强辐射物严重泄露，造成了史无前例的放射性污染，其危害至今也未能完全消除。 切尔诺贝利事故增加儿童体内DNA变异。,在医院接受治疗 的受辐射的孩子,11,3. 生物因素：病毒、基因工程等,转基因鲑鱼(上)比同年龄的野生鲑鱼(下)重 11 倍,12,遗传毒理学（genetic toxicology）,研究化学、物理因素对遗传物质（DNA）及活细胞遗传过程的作用，以及人类接触致突变物可能引起的健康效应的学科。 主要研究致突变作用机理 寻找敏感检测系统发现和探究致突变物； 提出评价致突变物健康危害的方法。,13,突变是致

4、突变作用的后果 致突变物（mutagen）：能引起突变的物质，又称诱变剂 遗传毒物（genotoxic agent）：因致突变物能引起遗传物质损伤，又称其为遗传毒物。,致突变作用（mutagenesis）:是指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，而且此种改变可随同细胞分裂过程而传递。,14,DNA由脱氧核糖、磷酸及碱基组成，基本成分为四种核苷酸，形成双螺旋结构,遗传学基础,1DNA与基因,A: 腺嘌呤 G: 鸟嘌呤 C: 胞嘧啶 T: 胸腺嘧啶,15,在间期细胞的细胞核中，通过光镜可见一种能被碱性染料着色的物质，即染色质（chromatin）。 它由DNA、蛋白质及少量

5、的RNA 组成，形似串珠状的复合体,2. 染色质与染色体,16,17,3体细胞和生殖细胞,体细胞（somatic cell）多是二倍体（diploid）细胞，含有两组完全相同的染色体，其遗传损伤不会遗传给下一代。,生殖细胞（germ cell）往往是单倍体，其染色体改变可传给下一代。,18,第二节 外源化学物致突变的类型,19,20,基因突变 染色体畸变,突变的类型,染色体结构改变,染色体数目改变,21,熟 悉,22,一、基因突变(gene mutation),（1）碱基置换（base substitution） 指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。使其不能按正常规律与其相应的碱基结合配对

6、，从而引起DNA链中碱基配对的异常，此即碱基置换。,22,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碱基对所置换。,转换(transition) 颠换(transvertion),嘌呤置换另一嘌呤，或者是嘧啶置换另一嘧啶,嘧啶换成嘌呤，或者嘌呤换成嘧啶,23,2移码突变 指发生一对或几对（三对除外）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，并转译成为不正常的氨基酸。,24,U:尿嘧啶,A: 腺嘌呤 G: 鸟嘌呤 C: 胞嘧啶 T: 胸腺嘧啶,25,地中海贫血,26,每一个中期染色体均由两条染色单体构成，每一条染色单体由一个DNA分子螺旋而

7、成。 两条染色单体互称为姐妹染色单体。两条染色单体通过一个着丝粒彼此连接。着丝粒将染色体分为两臂，长臂（q）和短臂（p）。,p,q,二、染色体畸变 （chromosome aberration）,27,缺失(deletion) 重复(duplication) 倒位(inversion) 易位(translocation) ,染色体结构异常的类型,28,缺失（deletion）,29,重复（duplication）,30,易位（translocation）,31,插入（insertion）,32,环状染色体 （circular chromosome）,染色体的臂间倒位,33,后果： 稳定的畸变(

8、如倒位、易位)：染色体重排，可在机体或细胞群传递； 不稳定畸变（无着丝粒断片、环状染色体）：因丧失重要遗传物质或有丝分裂障碍致细胞死亡。,34,整倍体(polyploid)和非整倍体(aneuploid) 整倍体：染色体数目整组的变化，含有完整的染色体组。如：三倍体(3n)，四倍体(4n) 非整倍体：染色体数目发生非整组的增减，是染色体组不完整的状态。 超二倍体：2n+1，2n+2 亚二倍体：2n-1,染色体数目改变,35,发病率：1/800，1.25，以10亿人口计，1.25 x 10亿=125万。 体征：智力发育不全，发育迟缓， 如宽眼距，低鼻梁，肌无力，肢体短小，及贯通手等常伴有四肢、五

9、官、内脏、皮肤等方面的异常。50%患者伴有先天性心脏病，是死亡的主要原因。白血病的发病率 高于常人20倍。,常染色体病：Down （唐氏）综合征-为21染色体,47, XX, +21,36,37,性染色体病：,Turner 综合症（性腺发育不全）,身材矮小 ，智力低下，外生殖器呈幼女型、性腺不发育,核型： 45，X,38,第三节 化学毒物致突变作用的机制及后果,39,突变的DNA变化,碱 基 错 配,平面大分子嵌入DNA链,碱基类似物取代,碱基的化学结构改变或破坏,1.,二聚体形成 DNA加合物形成 DNA蛋白交联物形成,DNA链受损,碱 基 损 伤,2.,突变细胞分裂过程改变,其它,3.,4

10、0,致突变物对机体的作用是通过靶细胞的突变来实现的。 1. 体细胞突变的后果 肿瘤形成、衰老、动脉粥样硬化及畸形等； 2. 生殖细胞突变的后果 生殖毒性、遗传性疾病，基因负荷增加、变异等。致死性突变： （妊娠最初3个月自然流产中有60%有染色体畸变 ）；非致死性突变。 从毒理学的角度，不论突变的后果如何，均应将致突变作用视为毒性作用的表现。,突变的后果,重点,41,突变的后果,重点,42,第四节 机体对致突变作用的影响,43,一、DNA损伤的修复,光复活 “适应性”反应 切除修复 呼救性修复（SOS） 复制后修复,44,突 变,遗传物质,终致突变物质DNA,解毒,45,第五节 观察外源化学物致

11、突变作用的基本方法,46,致突变试验的目的 （1）检测外源化学物的致突变性，预测其对哺乳动物和人的致癌性； （2）检测外源化学物对哺乳动物生殖细胞的遗传毒性，预测其对人类的遗传危险性。,47,致突变作用的基本原理： 将化合物与生物测试系统接触，然后观察该生物系统是否发生致突变性检测指标的改变，以判定其是否具有致突变性。凡能使生物测试系统发生突变的化合物，即可认为具有致突变作用。,48,一、观察项目的选择,致突变试验遗传学终点(Genetic endpoint) 试验观察到的现象所反应的各种事件的统称。 1、基因突变； 2、染色体畸变； 3、染色体组畸变； 4、DNA原始损伤（DNA完整性改变（

12、断裂、交联、加合物形成）；DNA重排或交换）。,重点,49,* 选择致突变试验的配套（test battery）原则： 1.先短期，后长期；先体外，后体内。 2.基因突变与染色体畸变兼顾；多种遗传学终点兼顾; 3.体细胞与生殖细胞兼顾;多种物种兼顾。,50,* 试验结果综合分析 1.结果一致与不一致的情况； 2.试验剂量的选择是否恰当。,51,基因突变试验： 鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames试验 ）、哺乳动物细胞基因突变试验 。 染色体畸变试验： 染色体分析 、微核试验 。 DNA损伤试验 ： 姐妹染色单体交换(SCE)试验 、单细胞凝胶电泳实验（SCGE）,二、常用的致突变试验,52,重

13、 点,Ames试验,检测受试物诱发鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型突变株(his-)回复突变成野生型(his+)的能力。 试验菌株都有组氨酸突变(his-)，不能自行合成组氨酸，在不含组氨酸的最低营养平皿上不能生长，回复突变成野生型后能自行合成组氨酸，可在最低营养平皿上生长成可见菌落。,53,计数最低营养平皿上的回变菌落数来判定受试物是否有致突变性 标准试验菌株有四种：TA97和TA98检测移码突变, TA100检测硷基置换突变,TA102对醛、过氧化物及DNA交联剂较敏感。,54,55,细菌回复突变试验(Ames试验),鼠伤寒沙门氏菌原养型(his+),组氨酸营养缺陷型突变株。(his-),正

14、向突变,回复突变,代谢活化系统,受试物,阳性结果判定： 平均每皿回变菌落数为对照(自发回变菌落数)的2倍及以上 可重复性，用一个相应菌株重复 (阴性全套菌株重复)； 有剂量反应关系。 试验中注意设立阳性和阴性对照组。,56,试验的优缺点： 检出率较高、重现性好、简便、快速、经济； 使用S9，具有与体内相似的代谢特点； 固体、液体、气体样品均可检测； 微生物遗传密码甚少；远不及哺乳动物； 受试物需命中限定数目的靶基因，才能显示致突变活性。,57,微核试验(Micronucleus test，MNT),经致突变物作用后，染色体无着丝点断片或因纺锤体受损伤而丢失的整个染色体在细胞分裂的后期仍留在子细

15、胞的胞质内，成为一个或几个规则的次核，称为微核。 常用啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核试验，每个剂量组至少观察5000个细胞。 PCE是红细胞成熟的一个阶段，此时红细胞的主核已排出，微核容易辩认.,58,59,微核试验是观察受试物能否产生微核的试验。 其主要可检出DNA断裂剂和非整倍体诱变剂。,60,单细胞凝胶电泳(single cell gel electrophoresis，SCGE)又称彗星实验(comet assay)，是近年发展起来的一种快速检测哺乳动物细胞DNA损伤的实验方法。,单细胞凝胶电泳实验（SCGE）,61,1. 原理 显性致死是指在发育中的生殖细胞（精子）在致突变

16、物的作用下发生了染色体损伤，从而使受精卵在发育过程中死亡。由于发生在子 1 代，故称为显性致死。因此，可以利用这一原理来检测化学物质的致突变性。 该试验是间接观察生殖细胞染色体损伤的方法。,显性致死突变试验,62,2. 方法 选择雄性成年动物(小鼠或大鼠)，并接触受试物(6天或3个月)；与雌性动物(每周交换一批)同笼交配68周，同笼第1719天处死雌鼠并取出子宫进行检查(受孕情况，活胎数，早期死亡和晚期死亡胚胎数),63,64,3. 结果分析 最主要的观察指标是早期胚胎死亡数，它可以反映化合物致突变作用的强弱。 受孕率(%)(受孕鼠/交配雌鼠数)100 总着床数活胎数早期胚胎死亡数晚期胚胎死亡

17、数 平均着床数总着床数/受孕雌鼠数 早期胚胎死亡率(%)(早期胚胎死亡数/总着床数)100 晚期胚胎死亡率(%)(晚期胚胎死亡数/总着床数)100 平均早期胚胎死亡数早期胚胎死亡数/受孕雌性动物数,65,1. 原理：精子畸形是指精子形态和畸形精子数量的增多。精子畸形试验是利用精子形态检测法来检测化合物对生殖细胞的致突变作用。 2. 方法 3. 结果分析 精子畸形主要表现在头部 一般可分为：无钩，香蕉形，无定形，尾折叠，双尾等 现也有分为：头部，颈部，中断和尾部畸形,精子畸形试验,66,67,谢 谢 ！,68,Ppt宝藏_提供下载,70,1. 原理：在高pH值环境中，断裂的DNA分子由于带负电在电场中向阳极伸展，形似慧星尾。DNA受损越重，含断裂片段越多，在彗星尾中出现的DNA就越多，表现为尾长和尾部荧光强度增加；而未受损伤的细胞DNA在电泳中仍停留在原位形成固形荧光团。因此，通过测定DNA迁移部分的光密度