第六章
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 74

第六章 DNA 损伤与修复 DNA damage and repair PowerPoint PPT Presentation


  • 430 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

第六章 DNA 损伤与修复 DNA damage and repair. 分子生物学研究中心. 第一节 DNA 损伤的原因及后果. 复制错误. 氧自由基. 核苷类似物. 电离辐射. H +. 烷化剂. 可见光. m C. U. 8-oxoG. P/P. DNA 损伤类型. 碱基脱落 碱基修饰 & 去氨基化. 化学修饰 光损伤. 链内交联 DNA- 蛋白质 交联 DNA 链断裂. DNA 重组. 缺失碱基位点. 甲基化. 氧化损伤. 化学损伤. 甲基化. 甲基化. 氧化损伤.

Download Presentation

第六章 DNA 损伤与修复 DNA damage and repair

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Dna dna damage and repair

第六章 DNA损伤与修复

DNA damage and repair

分子生物学研究中心


Dna dna damage and repair

第一节 DNA损伤的原因及后果

复制错误

氧自由基

核苷类似物

电离辐射

H+

烷化剂

可见光

mC

U

8-oxoG

P/P


Dna dna damage and repair

DNA 损伤类型

  • 碱基脱落

  • 碱基修饰 & 去氨基化

  • 化学修饰

  • 光损伤

  • 链内交联

  • DNA-蛋白质 交联

  • DNA链断裂

  • DNA 重组


Dna dna damage and repair

缺失碱基位点


Dna dna damage and repair

甲基化

氧化损伤

化学损伤

甲基化

甲基化

氧化损伤


Dna dna damage and repair

DNA受到大剂量紫外线照射时,形成二聚体

紫外线可引起DNA的交联, DNA与蛋白质的交联。


Dna dna damage and repair

电离辐射引起DNA损伤的机理


Dna dna damage and repair

电离辐射引起DNA损伤的机制

  • 自由基损害

  • 损伤DNA修复系统

  • MCI 假说


Dna dna damage and repair

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

  • DNA链、蛋白质的交联


Dna dna damage and repair

C

电离辐射导致DNA链的断裂

单链断裂:

无差错修复

双链断裂:

错误修复


Dna dna damage and repair

烷化剂引起DNA损伤

  • 碱基烷基化: G–C → A–T

  • 碱基脱落: 甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤7N烷基化,活化β—糖苷键,连接碱基与五碳糖间的共价键变弱,容易折断缺失碱基,造成脱嘌呤作用。

  • 导致DNA断链: 磷酸二酯键上的氧被烷基化

  • 导致DNA链交联


Dna dna damage and repair

碱基类似物、修饰剂对DNA的改变

  • 5-BrdU (酮式-A; 烯醇式-G)

  • 亚硝酸盐氧化脱氨 (C→U)

  • 羟胺脱甲基 (T→C)

  • 黄曲霉素B (攻击碱基)


Dna dna damage and repair

DNA自发性损伤

  • 碱基错配Mismatch

  • 互变异构移位

  • 脱氨基作用(环外氨基)

  • 碱基丢失 → 自发水解

  • 碱基修饰与链断裂


Dna dna damage and repair

A(a)T(k)

G(k) C(a)

A(a)C(i)

G(k) T(e)

A(i)C(a)G(e)T(k)

碱基异构式引起DNA复制的错配

正确配对

错误配对


Dna dna damage and repair

环出效应


Dna dna damage and repair

其它因素引起DNA损伤

  • 吖啶类化合物: 吖啶橙

  • 扁平染料分子 (不等交换)

  • 氧自由基 (加成反应\ 小自由基反应)


Dna dna damage and repair

DNA损伤的后果

DNA 修复机制

短期效应

生理功能紊乱

异常增生和代谢

细胞死亡

信号传导异常

细胞增殖减少

基因组不稳定

基因表达异常

长时辰效应

老化

肿瘤

疾病


Dna dna damage and repair

DNA损伤后分子的最终改变

  • 点突变 : 转换与颠换

  • 缺失

  • 插入

  • 倒位或转位

  • DNA断裂


Dna dna damage and repair

DNA重排

DNA分子内发生较大片段的交换,可以在同一染色体的两条链间发生,也可在不同染色体之间发生,可以是原来的方向或颠倒的方向。


Dna dna damage and repair

第二节 DNA修复

DNA的修复主要类型:

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)


Dna dna damage and repair

常见的DNA损伤及其修复机制


Dna dna damage and repair

(1)DNA断裂口直接修复:

在 DNA 5'-P 端和 3'-OH端未受损害的情况下,连接酶能够直接修复DNA的断裂口。


Dna dna damage and repair

(2)DNA紫外线损伤的光复合酶直接修复


Dna dna damage and repair

(3) 烷基化碱基的直接修复

在 大肠杆菌中的Ada酶,可修复甲基化的碱基和甲基化的磷酸二酯键。


Dna dna damage and repair

⑷ 碱基切除修复

  • 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。


Dna dna damage and repair

(4) Base Excision Repair


Dna dna damage and repair

碱基丢失

结构缺陷

糖苷酶

切开

切开

核酸内切酶

AP核酸内切酶

切除

核酸外切酶

切除

核酸外切酶

碱基取代

插入酶

DNA聚合酶

修复

连接

DNA连接酶

DNA的损伤的切除修复

碱基缺陷或错配


Dna dna damage and repair

⑸ 核苷酸切除修复

  • 体内识别 DNA 损伤最多的修复通路

  • 主要修复扭曲双螺旋结构的 DNA 损伤以及阻断基因转录和不识别任何特殊的碱基损失,而是识别双螺旋形状的改变。

  • 不识别任何特殊的碱基损失,而是识别双螺旋形状的改变;修复时切除含有损伤碱基的那一段 DNA 。


Dna dna damage and repair

(5) 核苷酸切除修复 (大肠杆菌)


Dna dna damage and repair

核苷酸切除修复 (基因组修复–人)


Dna dna damage and repair

核苷酸切除修复 (转录偶联修复 -人类)


Ggr tcr

GGR 和TCR的共同修复通路


Dna dna damage and repair

错配修复

校正活性所漏校的碱基, 使复制的保真性提高102~103倍

错配修复系统 (MRS

Mismatch

Repair

System)

DNApol (ξ= 10-8)

经第二次校正ξ= 10-11


Dna dna damage and repair

识别新生链中非 m6A 的GATC序列

♪ 错配修复系统组成(Mismatch repair system)

DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)

DNA polymerase Ⅲ 填补单链 DNA 缺口

Helicase SSB 外切核酸酶 (Ⅰ和Ⅶ) 连接酶

MCE (mismatch correct enzyme)

3 subunits mut H, L, S

扫描新生链中错配碱基

酶切含错配碱基的DNA区段


Dna dna damage and repair

错配修复


Dna dna damage and repair

错配修复

Mis-paired bases

大肠杆菌

DNA 甲基化位点

新合成的DNA


Dna dna damage and repair

错配修复


Dna dna damage and repair

重组修复机制


Dna dna damage and repair

重组修复

☆DNA于复制时会越过受损区域进行复制

☆经重组修复,受损的DNA仍然存在于子代的

一个细胞中。

☆ 重组修复不会浪费时间, 重组修复可让负伤的DNA在细胞中仍可照常进行分裂。


Dna dna damage and repair

重组修复

根据 DNA 末端连接需要的同源性,分为

  • 非同源末端连接:DNA分子之间不需要广泛的同源性,主要是在免疫球蛋白重组时对DNA双链进行连接,在细胞有丝分裂G1/G0期起主要作用。

  • 同源重组:需要多种蛋白参与;也修复 DNA复制中的差错;在减数分裂、细胞有丝分裂后期S/G2期起主要作用。


7 sos

(7) SOS 修复

UV’d T4 phage

UV’d T4 phage

UV

Irradiation of bacteria before virus infection enhanced repair of damaged viral genes but led to mutations.

E. coli

E. coli

Higher frequency of surviving

phage, but many mutants.

Few surviving phage


Sos dna

SOS 修复诱导 DNA 聚合酶活性

AGCTAGTCAT/TCAGTC

  • LexA(一种DNA结合抑制蛋白),umuC和 umuD, 编码 DNA聚合酶活性,允许复制跨过 损伤位点, 常插入一个或几个 A碱基.

Replication stops

at T/T dimer

SOS response:

AGCTAGTCAT/TCAGTC

TCGATCANNNNGTCAG

Error-prone polymerase allows

replication to proceed, albeit

inaccurately


Dna dna damage and repair

a、 DNA 重组活性

b、 与S.S. DNA结合活性

c、 少数蛋白的proteinase活性

当DNA正常复制时

(无复制受阻,无DNA损伤, 无TT dimer)

RecA-p不表现proteinase活性

RecA-P的三种功能


Dna dna damage and repair

细胞内原少量表达的RecA-p

与S.S, DNA结合

RecA-p很快消失

LexA gene on

SOS off

激活RecA-p的proteinase活性

修复损伤

LexA-p降解

RecA-p高效表达

SOS open

当DNA复制受阻/ DNA damaged

当DNA复制度过难关后


Dna dna damage and repair

SOS 修复

  • DNA复制不很严格,新合成的DNA容易造成错误产生突变。


Dna dna damage and repair

线粒体损伤和修复

  • 线粒体的氧化损伤:

    单链断裂、双链断裂、碱基修饰、 DNA交联、烷化损伤

  • 线粒体的损伤修复:

  • 碱基切除修复、错配修复


Dna dna damage and repair

DNA 修复

  • 维持 DNA序列的保真性;

  • 可在复制前后进行;

  • 有多种修复机制来纠正DNA损伤;

  • DNA 修复失败可能导致突变和肿瘤。


Dna dna damage and repair

细胞周期检查点控制

真核生物细胞DNA受到损伤时细胞除了诱导修复基因的转录外,还可暂时阻断细胞周期,防止受损DNA继续复制,如无法修复,则可诱导细胞进入凋亡。这些都是细胞通过细胞周期检查点控制(checkpoint control,又称关卡控制)对DNA损伤的应答反应。


Dna dna damage and repair

DNA 损伤在 S 期

DNA 损伤在 G1和 G2期

RAD9

RAD17

RAD24

MEC3

POL2

RFC5

DPB11

MEC1,TEL1

RAD53

G1

S

G2

M

酵母细胞的细胞周期检查点控制机制


Dna dna damage and repair

DNA 损伤

P53

Gadd 45

Bax

P21

CDK/cyclin

Gadd45 Gadd45-PCNA

Blocking cell cycle

Excision repairing

Cell apoptosis

哺乳类动物的细胞周期检查点控制机制


Dna dna damage and repair

第三节 DNA损伤和修复的生物参考标志


Dna dna damage and repair

一、甲基化损伤修复相关基因

甲基转移酶(MGMT)把O6-甲基鸟嘌呤的甲基转移到自身的半胱氨酸残基上,修复甲基化的DNA。 MGMT突变可作为甲基化损伤的基因型标记物。


Dna dna damage and repair

二、切除修复相关的酶和基因

  • 尿嘧啶糖基化酶为主要的始动因素,可作为DNA损伤的生物标记物。

  • 大肠杆菌Uvr基因家族、人ecrr基因和切除修复基因等


Dna dna damage and repair

三、错配修复相关基因

  • MSH2、MLH1等蛋白参与错配修复,而错配修复的缺陷往往是癌变的第一步。

  • 错配修复基因:Muthls系统、人类的hmsh2/3、hpmsl1/2、Mutsa、msh6。

  • 错配修复基因的微卫星序列的不稳定性

  • (microsatellite instability, MI)


Dna dna damage and repair

四、 DNA聚合酶β

  • DNA聚合酶β参与辐射损伤和化学损伤的修复,并对细胞的生长具有调节作用。

  • DNA聚合酶β的突变可导致碱基切除修复功能的缺陷。


Dna dna damage and repair

五、 DNA加合物也可作为修复功能的生物标记物

DNA加合物可作为DNA损伤的暴露标记物和效应标记物,其去除的速度也可作为DNA修复功能的生物标记物。


Dna dna damage and repair

DNA损伤和修复的生物学意义

  • 避免基因组的不稳定性、癌症和细胞死亡是至关重要的。

  • DNA修复途径可以识别和修复特异的DNA损伤,保证生物物种的遗传稳定性。


Dna dna damage and repair

与DNA修复有关的人类遗传疾病:

  • 着色性干皮病(Xeroderma pigmentosum)

  • 布伦氏症候群(Bloom’s syndrome)

  • 遗传性大肠癌(Hereditary nonpolyposis colon cancer;HNPCC)


Xeroderma pigmentosum

着色性干皮病(Xeroderma pigmentosum)

  • 是一种隐性遗传性疾病,有些呈性联遗传。因核酸内切酶异常造成DNA修复障碍所致。临床以光暴露部位色素增加和角化及癌变为特征。

  • 1. 幼年发病,常有家族发病史。

  • 2. 面部等暴露部位出现红斑、褐色斑点及斑片,伴毛细血 管扩张,间有色素脱失斑和萎缩或疤痕。皮肤干燥。数年内发生基底细胞癌、鳞癌及恶性黑素瘤。

  • 3.皮肤和眼对日光敏感。

  • 4.病情随年龄逐渐加重,多数患者于20岁前因恶性肿瘤而死亡。

  • 5.组织病理 晚期出现表皮非典型性增生、日光角化及鳞癌和基底细胞癌等恶性肿瘤。


Dna dna damage and repair

着色性干皮病患儿脸部特征


Dna dna damage and repair

着色性干皮病背部,

着色性干皮病组织切片


Dna dna damage and repair

着色性干皮病的并发症


Dna dna damage and repair

着色性干皮病的治疗

  • 避免紫外线照射

  • 避免肿瘤致病因子

  • 对症治疗


Dna dna damage and repair

发病早 (~45 岁)

肿瘤好发部位

肠外肿瘤的类型

遗传性大肠癌的临床特征


Hnpcc

遗传性大肠癌(HNPCC)

  • 息肉较少

  • 30-60% 有内膜肿瘤

  • 恶性肿瘤好发部位

  • 胰腺癌发生率


Dna dna damage and repair

大肠癌发生的危险因素 (CRC)

5%

General population

Personal history of colorectal neoplasia

15%–20%

Inflammatory bowel disease

15%–40%

70%–80%

HNPCC mutation

>95%

FAP

0

20

40

60

80

100

Lifetime risk (%)


Dna dna damage and repair

多发性家族性结肠癌

错配基因的改变


Dna dna damage and repair

多发性家族性结肠癌

错配基因的改变 :

MSH2, MSH6, PMS1 ,

MLH1, MSH3, PMS2.


Hnpcc1

HNPCC中错配基因突变的概率

Sporadic

Familial

Unknown ~30%

MSH2 ~30%

HNPCC

Rare CRCsyndromes

FAP

MLH1

~30%

MSH6 (rare)

PMS1 (rare)

PMS2(rare)

Liu B et al. Nat Med 2:169, 1996


Hnpcc2

HNPCC发生的危险因素

  • 基因携带者发生的危险因素:

    • 早期: 20-25岁

    • 妇女: 年龄(?) 25-35岁

  • HNPCC 家族成员之一发生的概率 :

    • 胃癌发生: 早期发生年龄 3-35岁, 复发 1-2 年

    • 尿道肿瘤发生: 30-35岁,复发 1-2 年

NCCN practice guidelines in oncology – v.1.2003


Dna dna damage and repair

你该怎么做?

谢谢!


  • Login