DNA損傷與修復課件

第六章DNA損傷與修復

DNAdamageandrepair分子生物學研究中心DNA損傷與修復第一節(jié)DNA損傷的原因及后果電離輻射可見光氧自由基H+烷化劑8-oxoGP/P復制錯誤核苷類似物mCUDNA損傷與修復DNA損傷類型堿基脫落堿基修飾&去氨基化化學修飾光損傷鏈內(nèi)交聯(lián)DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)

DNA鏈斷裂DNA重組DNA損傷與修復缺失堿基位點DNA損傷與修復化學損傷甲基化甲基化甲基化氧化損傷氧化損傷DNA損傷與修復DNA受到大劑量紫外線照射時，形成二聚體紫外線可引起DNA的交聯(lián),DNA與蛋白質(zhì)的交聯(lián)。DNA損傷與修復電離輻射引起DNA損傷的機理DNA損傷與修復電離輻射引起DNA損傷的機制

自由基損害

損傷DNA修復系統(tǒng)

MCI假說DNA損傷與修復電離輻射引起DNA損傷的類型產(chǎn)生·OH自由基，導致堿基變化脫氧核糖分解

DNA鏈斷裂

DNA鏈、蛋白質(zhì)的交聯(lián)DNA損傷與修復電離輻射導致DNA鏈的斷裂單鏈斷裂：無差錯修復雙鏈斷裂：錯誤修復CDNA損傷與修復烷化劑引起DNA損傷堿基烷基化:G–C→A–T堿基脫落:甲基磺酸甲酯可使鳥嘌呤7N烷基化，活化β—糖苷鍵，連接堿基與五碳糖間的共價鍵變?nèi)酰菀渍蹟嗳笔A基，造成脫嘌呤作用。導致DNA斷鏈:磷酸二酯鍵上的氧被烷基化導致DNA鏈交聯(lián)DNA損傷與修復5-BrdU（酮式-A；烯醇式-G）堿基類似物、修飾劑對DNA的改變亞硝酸鹽氧化脫氨（C→U）羥胺脫甲基（T→C）黃曲霉素B（攻擊堿基）DNA損傷與修復DNA自發(fā)性損傷堿基錯配

Mismatch互變異構(gòu)移位脫氨基作用

(環(huán)外氨基)堿基丟失→自發(fā)水解堿基修飾與鏈斷裂DNA損傷與修復堿基異構(gòu)式引起DNA復制的錯配錯誤配對

G(k)T(e)

A(a)

C(i)

A(i)

C(a)

G(e)

T(k)

G(k)C(a)

正確配對

A(a)

T(k)

DNA損傷與修復環(huán)出效應DNA損傷與修復其它因素引起DNA損傷吖啶類化合物:

吖啶橙

扁平染料分子(不等交換)氧自由基(加成反應\小自由基反應)DNA損傷與修復DNA損傷的后果信號傳導異常長時辰效應老化腫瘤疾病DNA修復機制短期效應異常增生和代謝生理功能紊亂細胞死亡細胞增殖減少基因表達異?；蚪M不穩(wěn)定DNA損傷與修復DNA損傷后分子的最終改變點突變：轉(zhuǎn)換與顛換缺失插入倒位或轉(zhuǎn)位DNA斷裂DNA損傷與修復DNA重排DNA分子內(nèi)發(fā)生較大片段的交換，可以在同一染色體的兩條鏈間發(fā)生，也可在不同染色體之間發(fā)生，可以是原來的方向或顛倒的方向。DNA損傷與修復第二節(jié)DNA修復DNA的修復主要類型:直接修復光裂合酶修復切除修復重組修復跨損傷修復(SOS修復)DNA損傷與修復常見的DNA損傷及其修復機制

DNA損傷因素

DNA損傷類型修復機制X射線、氧自由基、烷化劑自發(fā)脫堿基單鏈斷裂、無堿基位點、氧化性堿基（如8-氧鳥嘌呤）脲嘧啶堿基切除修復紫外線和多環(huán)芳烴環(huán)丁烷嘧啶二聚體等大的紫外線光產(chǎn)物和穩(wěn)定的多環(huán)芳烴化合物等大分子DNA加合物核苷酸切除修復抗癌藥（如順鉑和絲裂霉素）雙鏈斷裂和鏈間交聯(lián)雙鏈斷裂修復（同源重組修復和末端連接）復制錯誤和烷化劑堿基錯配和缺失（插入）錯配修復DNA損傷與修復（1）DNA斷裂口直接修復：在DNA5'-P端和3'-OH端未受損害的情況下，連接酶能夠直接修復DNA的斷裂口。DNA損傷與修復（2）DNA紫外線損傷的光復合酶直接修復DNA損傷與修復（3）烷基化堿基的直接修復在大腸桿菌中的Ada酶，可修復甲基化的堿基和甲基化的磷酸二酯鍵。DNA損傷與修復⑷堿基切除修復指切除和替換由內(nèi)源性化學物作用產(chǎn)生的DNA堿基損傷,是切除修復的一種。受損堿基移除是由多個酶來完成的。主要針對DNA單鏈斷裂和小的堿基改變及氧化性損傷。DNA損傷與修復(4)BaseExcisionRepairDNA損傷與修復DNA的損傷的切除修復堿基缺陷或錯配堿基丟失結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶DNA連接酶AP核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切開切除修復連接糖苷酶插入酶堿基取代DNA損傷與修復⑸核苷酸切除修復體內(nèi)識別DNA損傷最多的修復通路主要修復扭曲雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA損傷以及阻斷基因轉(zhuǎn)錄和不識別任何特殊的堿基損失，而是識別雙螺旋形狀的改變。不識別任何特殊的堿基損失，而是識別雙螺旋形狀的改變；修復時切除含有損傷堿基的那一段DNA。DNA損傷與修復(5)核苷酸切除修復(大腸桿菌)DNA損傷與修復DNA損傷與修復DNA損傷與修復核苷酸切除修復(基因組修復–人)DNA損傷與修復核苷酸切除修復(轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復-人類)DNA損傷與修復GGR和TCR的共同修復通路DNA損傷與修復錯配修復校正活性所漏校的堿基,使復制的保真性提高102～103倍錯配修復系統(tǒng)(MRSMismatchRepairSystem)DNApol(ξ=10-8)經(jīng)第二次校正ξ=10-11DNA損傷與修復?錯配修復系統(tǒng)組成（Mismatchrepairsystem）DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)DNApolymeraseⅢ填補單鏈DNA缺口HelicaseSSB外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)連接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,S

掃描新生鏈中錯配堿基識別新生鏈中非m6A的GATC序列酶切含錯配堿基的DNA區(qū)段DNA損傷與修復錯配修復

DNA損傷與修復錯配修復大腸桿菌DNA甲基化位點新合成的DNAMis-pairedbasesDNA損傷與修復錯配修復DNA損傷與修復重組修復機制DNA損傷與修復重組修復

☆

DNA于復制時會越過受損區(qū)域進行復制☆

經(jīng)重組修復，受損的DNA仍然存在于子代的一個細胞中?！钪亟M修復不會浪費時間，重組修復可讓負傷的DNA在細胞中仍可照常進行分裂。DNA損傷與修復非同源末端連接：DNA分子之間不需要廣泛的同源性，主要是在免疫球蛋白重組時對DNA雙鏈進行連接，在細胞有絲分裂G1/G0期起主要作用。重組修復根據(jù)DNA末端連接需要的同源性，分為同源重組：需要多種蛋白參與；也修復DNA復制中的差錯；在減數(shù)分裂、細胞有絲分裂后期S/G2期起主要作用。DNA損傷與修復(7)SOS修復Irradiationofbacteriabeforevirusinfectionenhancedrepairofdamagedviralgenesbutledtomutations.UVUV’dT4phage

E.coliFewsurvivingphageUV’dT4phage

E.coliHigherfrequencyofsurviving

phage,butmanymutants.DNA損傷與修復SOS修復誘導DNA聚合酶活性LexA

(一種DNA結(jié)合抑制蛋白),

umuC

和umuD,編碼DNA聚合酶活性,允許復制跨過損傷位點,常插入一個或幾個A堿基.AGCTAGTCAT/TCAGTCAGCTAGTCAT/TCAGTCTCGATCANNNNGTCAGReplicationstopsatT/TdimerError-pronepolymeraseallowsreplicationtoproceed,albeitinaccuratelySOSresponse:DNA損傷與修復RecA-P的三種功能a、DNA重組活性b、與S.S.DNA結(jié)合活性c、少數(shù)蛋白的proteinase活性當DNA正常復制時（無復制受阻，無DNA損傷，無TTdimer）

RecA-p不表現(xiàn)proteinase活性DNA損傷與修復當DNA復制受阻/DNAdamaged細胞內(nèi)原少量表達的RecA-p與S.S,DNA結(jié)合激活RecA-p的proteinase活性修復損傷LexA-p降解RecA-p高效表達SOSopen當DNA復制度過難關(guān)后RecA-p很快消失LexAgeneonSOSoffDNA損傷與修復SOS修復

DNA復制不很嚴格，新合成的DNA容易造成錯誤產(chǎn)生突變。DNA損傷與修復線粒體損傷和修復線粒體的氧化損傷:

單鏈斷裂、雙鏈斷裂、堿基修飾、DNA交聯(lián)、烷化損傷線粒體的損傷修復：

堿基切除修復、錯配修復DNA損傷與修復DNA修復維持DNA序列的保真性；可在復制前后進行；有多種修復機制來糾正DNA損傷；DNA修復失敗可能導致突變和腫瘤。DNA損傷與修復細胞周期檢查點控制

真核生物細胞DNA受到損傷時細胞除了誘導修復基因的轉(zhuǎn)錄外，還可暫時阻斷細胞周期，防止受損DNA繼續(xù)復制，如無法修復，則可誘導細胞進入凋亡。這些都是細胞通過細胞周期檢查點控制（checkpointcontrol，又稱關(guān)卡控制）對DNA損傷的應答反應。DNA損傷與修復酵母細胞的細胞周期檢查點控制機制DNA損傷在S期DNA損傷在G1

和G2

期G1SG2MPOL2RFC5DPB11RAD9RAD17RAD24MEC3MEC1,TEL1RAD53DNA損傷與修復哺乳類動物的細胞周期檢查點控制機制DNA損傷P21Gadd45BaxP53CDK/cyclinGadd45Gadd45-PCNABlockingcellcycleExcisionrepairingCellapoptosisDNA損傷與修復第三節(jié)

DNA損傷和修復的生物參考標志DNA損傷與修復一、甲基化損傷修復相關(guān)基因

甲基轉(zhuǎn)移酶（MGMT）把O6-甲基鳥嘌呤的甲基轉(zhuǎn)移到自身的半胱氨酸殘基上，修復甲基化的DNA。MGMT突變可作為甲基化損傷的基因型標記物。DNA損傷與修復二、切除修復相關(guān)的酶和基因尿嘧啶糖基化酶為主要的始動因素，可作為DNA損傷的生物標記物。大腸桿菌Uvr基因家族、人ecrr基因和切除修復基因等DNA損傷與修復三、錯配修復相關(guān)基因MSH2、MLH1等蛋白參與錯配修復，而錯配修復的缺陷往往是癌變的第一步。錯配修復基因：Muthls系統(tǒng)、人類的hmsh2/3、hpmsl1/2、Mutsa、msh6。錯配修復基因的微衛(wèi)星序列的不穩(wěn)定性（microsatelliteinstability，MI）DNA損傷與修復四、DNA聚合酶β

DNA聚合酶β參與輻射損傷和化學損傷的修復，并對細胞的生長具有調(diào)節(jié)作用。

DNA聚合酶β

的突變可導致堿基切除修復功能的缺陷。DNA損傷與修復五、DNA加合物也可作為修復功能的生物標記物

DNA加合物可作為DNA損傷的暴露標記物和效應標記物，其去除的速度也可作為DNA修復功能的生物標記物。DNA損傷與修復DNA損傷和修復的生物學意義避免基因組的不穩(wěn)定性、癌癥和細胞死亡是至關(guān)重要的。DNA修復途徑可以識別和修復特異的DNA損傷，保證生物物種的遺傳穩(wěn)定性。DNA損傷與修復與DNA修復有關(guān)的人類遺傳疾?。褐愿善げ?Xerodermapigmentosum)

布倫氏癥候群(Bloom’ssyndrome)

遺傳性大腸癌(Hereditarynonpolyposiscoloncancer；HNPCC)

DNA損傷與修復著色性干皮病

(Xerodermapigmentosum)

是一種隱性遺傳性疾病，有些呈性聯(lián)遺傳。因核酸內(nèi)切酶異常造成DNA修復障礙所致。臨床以光暴露部位色素增加和角化及癌變?yōu)樘卣鳌?/p>

1.幼年發(fā)病，常有家族發(fā)病史。2.面部等暴露部位出現(xiàn)紅斑、褐色斑點及斑片，伴毛細血管擴張，間有色素脫失斑和萎縮或疤痕。皮膚干燥。數(shù)年內(nèi)發(fā)生基底細胞癌、鱗癌及惡性黑素瘤。3.皮膚和眼對日光敏感。4.病情隨年齡逐漸加重，多數(shù)患者于20歲前因惡性腫瘤而死亡。5.組織病理晚期出現(xiàn)表皮非典型性增生、日光角化及鱗癌和基底細胞癌等惡性腫瘤。DNA損傷與修復著色性干皮病患兒臉部特征DNA損傷與修復著色性干皮病背部,著色性干皮病組織切片DNA損傷與修復著色性干皮病的并發(fā)癥DNA損傷與修復著色性干皮病的治療避免紫外線照射避免腫瘤致病因子對癥治療DNA損傷與修復遺傳性大腸癌的臨床特征發(fā)病早(~45歲)腫瘤好發(fā)部位腸外腫瘤的類型DNA損傷與修復遺傳性大腸癌(HNPCC)

息肉較少30-60%有內(nèi)膜腫瘤惡性腫瘤好發(fā)部位胰腺癌發(fā)生率DNA損傷與修復大腸癌發(fā)生的危險因素(CRC)020406080100GeneralpopulationPersonalhistor