1、DNA damage/ repair/ gene mutation,Life science department,分子生物学系列讲座之5,Teacher:ZhangjieMobile:13673550700Email:,http:/ comment,DNA损伤及遗传效应DNA损伤的修复,图5-1 DNA分子上可能遭遇到的各种损伤,1、DNA损伤的原因,内源性损伤（endogenous DNA damage）外源性损伤（exogenous DNA damage）,2、DNA损伤的类型,2.1 DNA分子的自发性损伤2.1.1 DNA复制中的错误2.1.2 DNA的自发性化学改变2.1.2.1
2、碱基异构化2.1.2.2 碱基脱氨基2.1.2.3 掺入尿嘧啶2.1.2.4 脱嘌呤或脱嘧啶,Each bases has its preferred tautomeric（互变异构体） form (Related to Ch 9),碱基异构化（tautomeric shift）,AT AC，CGTG,碱基的脱氨基（ Deamination ）,CUA T H（次黄嘌呤）AIC GX（黄嘌呤）C,Deamination CU,Hydrolysis（水解） creates apurinic deoxyribose,Deamination(去氨基） 5-mC T,脱嘌呤和脱嘧啶,掺尿嘧啶AAAGT
3、CTGAC TTTCAGACTGAAAGTCTGAC TTTCAGACUG,2.1.3 DNA的氧化损伤,2.1.3.1 胸腺嘧啶甘油醇-掺入G2.1.3.2 5-羟甲基尿嘧啶(5-HMU)和A,G配对2.1.3.3 8-氧化嘌呤(8-oxoG,8-oxoA),无碱基位点2.1.3.4 脲:胸腺嘧啶氧化物，G，A，T，常属致死性DNA损伤,2.2外源性因素导致DNA的损伤,2.2.1 物理因素引起的DNA损伤2.2.1.1紫外线引起的DNA损伤2.2.1.2电离辐射引发的DNA损伤：碱基变化，脱氧核糖变化，DNA链断裂(single strand break)，DNA交联,图5-3 紫外线引起
4、的碱基损伤,Thymine dimer. UV induces a cyclobutane (环丁烷) ring between adjacent T.,Radiation damage 1,图5-4 离子辐射引起的DNA链断裂,2.2.2化学因素引起的DNA损伤,2.2.2.1烷化剂对DNA的损伤碱基烷基化损伤:烷基加到N或O上脱碱基损伤DNA断链交联2.2.2.2碱基类似物对DNA的损伤2.2.2.3碱基修饰剂对DNA的损伤,Chemical factor make DNA damage,烷基化试剂加烷基于碱基AN1,N3,N6,N7 G N1,N2,N3,N7,O6C N3,N4,O2
5、T N3,O2,O4,02mgL,图5-30 各种化学诱变剂化学结构,3、其他来源的DNA损伤,DNA损伤修复过程中产生的DNA损伤DNA非B型折叠,4、DNA损伤的生物学效应,4.1DNA损伤和基因突变4.1.1 点突变(point mutation)4.1.2 缺失突变(deletion)4.1.3 插入突变(insertion)4.1.4 倒位或移位(transposition)4.2 染色体结构改变,图5-27 5-溴尿嘧啶诱发的点突变,图5-28 诱变剂诱发的点突变,图5-26 复制打滑引起的插入或缺失突变,图5-22 碱基突变的几种方式,图5-29 嵌入试剂诱发的移框突变,图5-2
6、3 移码突变,Frameshift mutation,图5-25 自发脱氨基和活性氧作用引起的碱基转换,4.3 DNA突变的生物学效应,4.3.1 致死性基因突变4.3.2 丧失部分功能4.3.3 隐性突变4.3.4 有益突变4.4 突变与细胞类型4.4.1 体细胞突变（somatic mutation）4.4.2 生殖细胞突变（germline mutation）,图5-24 隐性突变和显性突变Dominant and recessive,5 DNA损伤修复,DNA损伤的逆转: 光依赖的酶修复，O6烷基胸腺嘧啶和烷基磷酸三酯及DNA链断裂重接修复DNA损伤的切除修复: 碱基切除（BER）、核
7、苷切除（NER）和错配碱基修复DNA损伤的容忍,5.1 DNA损伤的逆转,5.1.1 光修复5.1.2 碱基的直接插入5.1.3 烷基的转移,DNA photolyase,嘧啶二聚体的直接修复,Photoreactivation（光复活作用）,1.1图 烷基化碱基的直接修复,Methyltransferase（转甲基酶）,Removes the methyl group from the methylated O6-methylguanine. The methyl group is transferred to the protein itself, inactivating the pro
8、tein.,5.2 DNA单链断裂修复,单链断裂处被蛋白质保护:ADP-核糖聚合酶（ARP-2，PARP-2）处理断裂的3，5端:XRCC1DNA空缺的填充断裂的3，5端连接,5.3 切除修复（ excision repair ）,5.3.1核苷酸切除修复基因组范围内的切除修复转录偶联的切除修复,图5-11 全局性NER和转录偶联性NERGlobal genome NER(GGR) and transcription-coupled NER(TCR),prokaryotes GGR(NER) repair,图5-12 E. coli核苷酸切除修复的详细过程(GGR),13mer,5.3.1.2
9、大肠杆菌细胞的转录偶联切除修复（transcription-coupled repair，TCR）,修复偶联因子Mfd,图5-13 E. coli的TCR机制,Mfd,Mfd,5.3.1.3 哺乳类细胞内核苷切除修复系统,基因组范围内的核苷切除修复（GG-NER）转录向偶联的核苷切除修复（TC-NER）核苷酸切除修复因子详见p191表8.1,图5-14 哺乳动物细胞的GGR和TCR,图 DNA糖苷酶识别、挤出受损伤碱基的示意图,5.3.2 糖苷水解酶的切除修复机制,DNA糖基水解酶特异地和DNA损伤识别并催化带有损伤的碱基切除，并形成单链DNA缺刻(apyrimidinic site, AP)
10、详见p199,图5-9 两类AP内切酶的作用特征,DNA-glycosylase( DNA-糖苷酶）N-糖苷酶5-AP裂解内切酶3-AP裂解内切酶脱嘧啶（AP）位点,图5-8 尿嘧啶的切除修复,5.3.3错配碱基的修复,5.3.3.1 甲基化基因及产物（DAM基因及其产物）5.3.3.2 大肠杆菌甲基化指导的错配碱基修复5.3.3.3 DCM甲基化依赖的切除修复,非沃森克里克配对DNA 复制打滑A6 甲基化在 GATC 序列,图5-15 E. coli错配修复的详细过程,MutL2,CCA/TGG序列被甲基化修饰即DCM途径-Vsr（very short patch repair）,Vsr,M
11、utL,Vsr,5.3.4真核生物DNA复制和错配碱基的修复,A错配碱基 B环 C分支结构 Dholliday结构,6、重组修复,DNA单链缺刻修复,双链断裂修复,6、DNA修复途径之间的协同作用,错配碱基的切除修复（MMR）和核苷酸切除修复（NER）的蛋白质组分相互依赖MMR可以交互（reciprocal）的重组变成非交互重组（nonreciprocal）,图5-17 E. coli的重组跨越,含有TT二聚体的双链DNADNA复制复制叉被TT二聚体终止复制叉回转UvrABC切除TT二聚体DNA复制重新开始,图5-18 E. coli的SOS反应,图5-19 E. coli DNA损伤的跨越合成Translesion synthesis,TLS,图5-20 DNA polV参与的跨损伤合成的详细步骤,图5-32 基因内校正,图5-33 基因间校正,图5-34 迂回校正,Mutagenus test,Histidine,mutation,Materials+,mutagenesis,图5-21 酵母细胞DNA的两种跨损伤合成机制,7修复与染色体的结构变化,See you later,
