毒理学第七章-化学物致突变作用11.ppt

第7章 外源化学物致突变作用主讲教师：陈华主讲教师：陈华 email:本章节主要内容本章节主要内容zz化学物致突变作用相关化学物致突变作用相关概念概念 zz致突变的类型致突变的类型 zz致突变作用的机制及致突变作用的机制及后果后果 zz机体对致突变作用的影响机体对致突变作用的影响 zz观察致突变作用的基本方法观察致突变作用的基本方法 1 1 遗传遗传(genetics)(genetics)生物物种以相对稳定的生命形式和生物物种以相对稳定的生命形式和性状存在于自然界，通过各种繁殖方式性状存在于自然界，通过各种繁殖方式来保证世代间生命延续的过程。来保证世代间生命延续的过程。第一节第一节 相关相关概念概念2 变异变异(variation)同一物种在亲子之间或子代个体之间出同一物种在亲子之间或子代个体之间出现的种种差异。现的种种差异。产生变异的原因有产生变异的原因有:1)亲代个体杂交产生亲代个体杂交产生子体子体,由于重组而发生由于重组而发生;2)由于基因突变而发由于基因突变而发生生,它是新基因产生的根本来源它是新基因产生的根本来源;3)由于生物由于生物的染色体组成或细胞质发生变化而产生。的染色体组成或细胞质发生变化而产生。3 3 突变突变(mutation)(mutation)遗传结构本身的变化及引起的变异。遗传结构本身的变化及引起的变异。即可遗传的变异。即可遗传的变异。自发突变自发突变(spontaneous mutation)(spontaneous mutation)在自然遗传过程中发生的突变。概率极低，在自然遗传过程中发生的突变。概率极低，与物种进化有密切关系。与物种进化有密切关系。诱发突变诱发突变(induced mutation)(induced mutation)人为人为或受外来因素诱发的突变，视为一种对机或受外来因素诱发的突变，视为一种对机体的损害作用。体的损害作用。4 4 致突变作用致突变作用(mutagenesis)(mutagenesis)狭义概念，指突变的发生及其过程。狭义概念，指突变的发生及其过程。广义概念，指外来因素广义概念，指外来因素,特别是化学特别是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力的能力,而且此种改变可随同细胞分裂而且此种改变可随同细胞分裂过程而传递。过程而传递。致突变作用的后果是突变。致突变作用的后果是突变。能够引起突变的物质称为能够引起突变的物质称为致突变物致突变物(mutagen)(mutagen)。5 5 遗传毒性遗传毒性(genetic toxicity)(genetic toxicity)指对基因组的损害能力指对基因组的损害能力,包括对基因组包括对基因组的毒作用引起的致突变性及其他各种不同的毒作用引起的致突变性及其他各种不同效应效应.致突变性指引起遗传物质发生突变的致突变性指引起遗传物质发生突变的能力。能力。6 6 遗传毒理学遗传毒理学(genetic toxicology)(genetic toxicology)研究外源化学物和其它环境因素对研究外源化学物和其它环境因素对生物体遗传结构的损害作用及其作用规生物体遗传结构的损害作用及其作用规律律,应用检测系统发现和探究致突变物应用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。提出评价致突变物健康危害的方法。7 DNA 7 DNA DNA DNA是大分子物质是大分子物质,由脱氧核糖、磷酸由脱氧核糖、磷酸及碱基组成及碱基组成,其基本成分为四种核苷酸其基本成分为四种核苷酸,形形成双螺旋结构。成双螺旋结构。8 8 基因基因(gene)(gene)基因是基因是DNADNA分子中最小的完整功能分子中最小的完整功能单位。基因的基本作用在于决定蛋白单位。基因的基本作用在于决定蛋白质的一级结构质的一级结构,即每个基因决定一条多即每个基因决定一条多肽链或者说一个基因决定一种酶。肽链或者说一个基因决定一种酶。基因是生物遗传信息的携带者基因是生物遗传信息的携带者,细细胞或生物体的一套完整单体的遗传物胞或生物体的一套完整单体的遗传物质称基因组质称基因组(genome)(genome)。UAA UGAUAG第二节第二节 化学毒物致突变的类型化学毒物致突变的类型 根据根据DNA改变牵涉范围的大小改变牵涉范围的大小,致突变致突变作用主要引起两类遗传学损伤作用主要引起两类遗传学损伤:基因突变和基因突变和染色体损伤染色体损伤(染色体畸变染色体畸变;染色体数目改变染色体数目改变)。基因突变、染色体畸变及染色体数目变基因突变、染色体畸变及染色体数目变化的本质是相同的化的本质是相同的,其区别在于受损程度。其区别在于受损程度。通常以光学显微镜的分辨率通常以光学显微镜的分辨率0.2 um 来区分基来区分基因突变和染色体损伤。因突变和染色体损伤。Formation of Mutation Gene MutationsChromosomal Mutations1.表型改变检测表型改变检测2.DNA序列改变检测序列改变检测一一.基因突变基因突变 基因突变基因突变 (gene mutations)指基因中指基因中DNADNA序列的变化，即遗传物质在分子水平上序列的变化，即遗传物质在分子水平上的改变。的改变。因基因突变限制于因基因突变限制于DNADNA分子序列的某一分子序列的某一特定部位特定部位,故称为点突变故称为点突变(point mutation(point mutation)。基因突变的类型有两类基因突变的类型有两类,分别是碱基置分别是碱基置换和移码突变。换和移码突变。1.1.碱基置换碱基置换 碱基置换碱基置换(base substitution)(base substitution)指指以另一种碱基替代了原来的碱基。是因某以另一种碱基替代了原来的碱基。是因某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。碱基置换又分为转换碱基置换又分为转换(transition)(transition)和和颠换颠换(transversion)(transversion)。DNADNA的一对碱基的一对碱基(如如G:C)G:C)被另一对碱基被另一对碱基(如如A:T)A:T)所取代所取代,如果是嘌呤置换另一嘌呤如果是嘌呤置换另一嘌呤,或者是嘧啶换另一嘧啶称或者是嘧啶换另一嘧啶称转换转换；如果是嘧；如果是嘧啶换成嘌呤啶换成嘌呤,或者嘌呤换成嘧啶称或者嘌呤换成嘧啶称颠换颠换。TTA GGG GAC GCG CAT GAAAAT CCC CTG CTG GTA CTTTTA GGG GAC GCG CAT TAAAAT CCC CTG CTC GTA ATTTTA GGG GAC GCG CAT GAAAAT CCC CTG CTC GTA CTTTTA GAG GAC GCG CAT GAAAAT CTC CTG CTC GTA CTTTTA GGG GAC GCG CAT GAAAAT CCC CTG CTC GTA CTTG：CA：T transitionG：C T：A transversion终止密码终止密码错义密码错义密码nonsense mutationmissense mutation碱基置换图碱基置换图transitiontransversion2.移码突变移码突变 移码突变移码突变(frame-shift mutation)(frame-shift mutation)指发生一对或几对指发生一对或几对(3(3对除外对除外)的碱基减少的碱基减少或增加或增加,以致从受损点开始碱基序列完全以致从受损点开始碱基序列完全改变改变,形成错误的密码形成错误的密码,并转译成为不正常并转译成为不正常的氨基酸。的氨基酸。TTA GGG GAC GCG CAT GAAAAT CCC CTG CGC GTA CTTGCTTA GGG GGA CGC GCA TGA AAAT CCC CCT GCT CGT ACT TTTA GGG GAC GCG CAT GAAAAT CCC CTG CGC GTA CTTTTA GGG GAC GCA TGA AAAT CCC CTG CGT ACT T错义密码错义密码终止密码终止密码终止密码终止密码错义密码错义密码nonsense mutationmissense mutation移码突变图移码突变图+1 移动码突变移动码突变-2 移码突变移码突变二二.染色体畸变染色体畸变 染色体畸变染色体畸变(chromosome aberration)(chromosome aberration)指染色体的结构改变指染色体的结构改变,它是指遗传物质大的它是指遗传物质大的改变改变,一般可用光学显微镜检查适当细胞有一般可用光学显微镜检查适当细胞有丝分裂中期的染色体来发现。丝分裂中期的染色体来发现。染色体结构异常的原因是由于染色染色体结构异常的原因是由于染色体或染色体单体受损而发生断裂，且断体或染色体单体受损而发生断裂，且断端不发生重接或虽重接却不在原处。端不发生重接或虽重接却不在原处。可分为可分为 染色单体型畸变染色单体型畸变(chromatid-type(chromatid-type aberration)aberration)染色体型畸变染色体型畸变(chromosome-type(chromosome-type aberration)aberration)。Chromosomal MutationsChromosome Aberration染色体结构染色体结构Numerical Aberration染色体数目染色体数目Chromatid-type aberrationChromosome-type aberrationaneuploid euploidmonosome,trisometripoid,tetropoid常见染色体结构异常的类型常见染色体结构异常的类型:1)1)缺失缺失(deletion)(deletion)染色体上丢失了一个片段。染色体上丢失了一个片段。2)2)重复重复(duplication)(duplication)在一套染色体里在一套染色体里,一个染色体片段出一个染色体片段出现不止一次。现不止一次。3)3)倒位倒位(inversion)(inversion)一个染色体片段被颠倒了。一个染色体片段被颠倒了。颠倒的片段包括着丝点颠倒的片段包括着丝点,称为臂间倒位称为臂间倒位(pericentric inversion)(pericentric inversion)不包括着丝点则称为臂内倒位不包括着丝点则称为臂内倒位(paracentric inversion)(paracentric inversion)4)4)易位易位(translocation)(translocation)一个染色体片段的位置发生改变。最一个染色体片段的位置发生改变。最常见的是相互易位常见的是相互易位(reciprocal)(reciprocal)，涉及两，涉及两个非同源染色体片段的交换。个非同源染色体片段的交换。稳定的染色体畸变稳定的染色体畸变,如缺失、倒位、如缺失、倒位、重复及平衡易位等重复及平衡易位等,多数为染色体重排多数为染色体重排,可可在机体或细胞群传递在机体或细胞群传递,形成突变细胞。形成突变细胞。不稳定的畸变。如无中心粒的片段不稳定的畸变。如无中心粒的片段,双双中心粒染色体中心粒染色体,环状染色体及各种其它不对环状染色体及各种其它不对称重排等称重排等,通常由于他们丧失了重要的遗传通常由于他们丧失了重要的遗传物质或有丝分裂的机械障碍导致细胞死亡。物质或有丝分裂的机械障碍导致细胞死亡。三染色体数目改变三染色体数目改变 指染色体数量的增加或减少。分为非指染色体数量的增加或减少。分为非整倍体和多倍体。整倍体和多倍体。物种物种体细胞（体细胞（2n)性细胞（性细胞（n)人4623大鼠4221小鼠4020猫3819兔4422狗7839表表1 不同物种动物的染色体数目不同物种动物的染色体数目非整倍体非整倍体 (aneuploidy)指增加或减少一条或几条染色体。指增加或减少一条或几条染色体。例如例如,Down,Down 氏综合征氏综合征,由由2121染色体三体染色体三体(trisome 21)trisome 21)所致所致,它多了一条染色体它多了一条染色体,有有三条三条2121染色体染色体,染色体数目为染色体数目为4747条条,即该即该病由非整倍体所引起。病由非整倍体所引起。三体，三体，2n+1,47trisome 21二体，二体，2n,46Down syndrometrisome 21多倍体多倍体 (polyploidy)指染色体数目成倍增加。如人类体指染色体数目成倍增加。如人类体细胞正常为二倍体细胞正常为二倍体(2n),有有46 条染色体。条染色体。如果有如果有69条染色体条染色体,则定义为多倍体则定义为多倍体,此为此为三倍体。三倍体。二倍体，二倍体，diploid,2n,46四倍体，四倍体，tetroploid,4n,96第三节第三节化学毒物致突变作用的化学毒物致突变作用的机理及后果机理及后果 一一.引起突变的引起突变的DNADNA变化变化zz(一)碱基损伤zz1.碱基错配碱基错配 zz2.平面大分子嵌入平面大分子嵌入DNA链链 zz3.碱基类似物取代碱基类似物取代 zz4.碱基的化学结构改变或破坏碱基的化学结构改变或破坏 一一.引起突变的引起突变的DNADNA变化变化zz(二)DNA链受损zz1.二聚体的形成二聚体的形成 zz2.DNA加合物形成加合物形成 zz3.DNA-蛋白质交联物蛋白质交联物(DNA-protein crosslinks,DPC)形成形成Types of DNA damageGene,250:15-30,2000二二.引起突变的细胞分裂引起突变的细胞分裂过程的改变过程的改变zz1.与微管蛋白二聚体结合与微管蛋白二聚体结合zz2.与微管上的巯基结合与微管上的巯基结合 zz3.已组装好的微管的破坏已组装好的微管的破坏 zz4.中心粒移动受阻中心粒移动受阻 zz5.其它作用其它作用 三三.其它的改变其它的改变zz1.影响复制有关的酶类及组蛋白和非组蛋影响复制有关的酶类及组蛋白和非组蛋白白 zz2.影响影响DNA修复修复 四、突变的后果四、突变的后果zz突变的后果突变的后果,取决于化学毒物所作用的靶取决于化学毒物所作用的靶细胞是生殖细胞细胞是生殖细胞,还是体细胞。还是体细胞。如是体如是体细胞细胞,其影响仅能在直接接触该物质的个其影响仅能在直接接触该物质的个体身上表现来体身上表现来,而不可能遗传到下一代而不可能遗传到下一代;如是生殖细胞如是生殖细胞,其影响才有可能遗传到下其影响才有可能遗传到下一代。一代。四四.突变的后果突变的后果zz(一)生殖细胞突变生殖细胞突变zz1 1、引起许多按孟德尔定律遗传的疾病。、引起许多按孟德尔定律遗传的疾病。在新生儿遗传病中在新生儿遗传病中,约有约有1.3%1.3%为常染色体为常染色体显性遗传病显性遗传病,0.25%,0.25%为常染色体隐性遗传病为常染色体隐性遗传病及及0.05%0.05%与性染色体遗传有关。与性染色体遗传有关。实例：实例：链形细胞贫血链形细胞贫血正常人血红蛋白正常人血红蛋白（HbAHbA）链链N N端第端第六位上的氨基酸为六位上的氨基酸为谷氨酸；链形细胞谷氨酸；链形细胞贫血患者血红蛋白贫血患者血红蛋白（HbSHbS）此位的氨基）此位的氨基酸变为缬氨酸。原酸变为缬氨酸。原因是其密码子由因是其密码子由GAAGAA突变为突变为GUAGUA。实例：白化实例：白化病，是由于病，是由于基因突变，基因突变，导致体内的导致体内的黑色素或黑黑色素或黑色素体生物色素体生物合成缺陷，合成缺陷，从而表现为从而表现为皮肤、眼睛、皮肤、眼睛、毛发色素缺毛发色素缺乏的一种遗乏的一种遗传病传病。四、突变的后果四、突变的后果zz(一)生殖细胞突变生殖细胞突变zz2、引起人类许多复杂病因的疾病（遗传因素、引起人类许多复杂病因的疾病（遗传因素起着部分作用）。起着部分作用）。即增加下一代基因库即增加下一代基因库(gene pool)的遗传负荷的遗传负荷(genetic load)。四、突变的后果四、突变的后果zz(一)生殖细胞突变生殖细胞突变zz基因库基因库指某一物种在特定时期中能将遗指某一物种在特定时期中能将遗传信息传至下一代的处于生育年龄的群传信息传至下一代的处于生育年龄的群体所含有的基因总和。体所含有的基因总和。zz遗传负荷遗传负荷指一种物种的群体中每一个携指一种物种的群体中每一个携带的可遗传给下一代的有害基因的平均带的可遗传给下一代的有害基因的平均水平。水平。四、突变的后果四、突变的后果zz(一)生殖细胞突变生殖细胞突变zz3 3、造成生殖障碍、造成生殖障碍zz胚胎死亡、畸胎、胚胎功能不全、生长胚胎死亡、畸胎、胚胎功能不全、生长迟缓。迟缓。四、突变的后果四、突变的后果zz(一)生殖细胞突变生殖细胞突变 又分为又分为zz显性突变：遗传性疾病、生殖障碍、死显性突变：遗传性疾病、生殖障碍、死亡亡zz显性致死突变显性致死突变zz使精子不能受精使精子不能受精,或合子在着床前死亡或或合子在着床前死亡或着床后早期胚胎死亡。着床后早期胚胎死亡。四、突变的后果四、突变的后果zz(一一)生殖细胞突变生殖细胞突变zz隐性突变：遗传性疾病或携带、生殖障碍、死隐性突变：遗传性疾病或携带、生殖障碍、死亡。亡。zz隐性致死突变隐性致死突变zz需纯合子或半合子才能出现遗传疾病或死亡。需纯合子或半合子才能出现遗传疾病或死亡。四、突变的后果四、突变的后果zz(一一)生殖细胞突变生殖细胞突变zz非致死性突变非致死性突变:显性遗传将造成下一代显性遗传将造成下一代遗传病发生率增加或新病种出现遗传病发生率增加或新病种出现;隐性遗隐性遗传则增加下一代基因库的遗传负荷。传则增加下一代基因库的遗传负荷。zz致死性与非致死性突变所致后果致死性与非致死性突变所致后果,对人类对人类健康的健康的意义意义是不同的是不同的,致死性突变将导致致死性突变将导致死胎死胎,它影响后代的数量而非质量它影响后代的数量而非质量.非致死非致死性突变主要影响后代的质量。性突变主要影响后代的质量。四、突变的后果四、突变的后果zz(二)体细胞突变体细胞突变zz体细胞突变后果：肿瘤、衰老、动脉粥样体细胞突变后果：肿瘤、衰老、动脉粥样硬化、致畸硬化、致畸zz突变在肿瘤发生过程中中心作用的重要证突变在肿瘤发生过程中中心作用的重要证据是来自于癌基因和抑癌基因突变的分子据是来自于癌基因和抑癌基因突变的分子生物学研究。生物学研究。zz肿瘤发生涉及癌基因的活化和抑癌基因的肿瘤发生涉及癌基因的活化和抑癌基因的失活。失活。肿瘤肿瘤从本质从本质上讲是上讲是基因基因病病。原癌基原癌基因、癌基因、因、癌基因、肿瘤抑制基肿瘤抑制基因、凋亡调因、凋亡调节基因以及节基因以及DNADNA修复基因，修复基因，如果发生异如果发生异常改变，则常改变，则可引起肿瘤可引起肿瘤的发生的发生第四节第四节 机体对致突变作用的影响机体对致突变作用的影响 zz机体保证遗传稳定性的机制：机体保证遗传稳定性的机制：1)DNA1)DNA执行高执行高保真度的复制保真度的复制,对复制中的错误能及时纠正对复制中的错误能及时纠正,即通过修复而达到高度保真即通过修复而达到高度保真;2);2)机体已进化机体已进化有多种机制修复有多种机制修复DNADNA损伤损伤,以保护亲代以保护亲代DNADNA链链,使其免受化学毒物的作用而发生改变。使其免受化学毒物的作用而发生改变。zz机体修复机体修复DNADNA损伤的机理可分为两大类损伤的机理可分为两大类:损损伤耐受机理和修复机理。伤耐受机理和修复机理。zz损伤耐受指损伤耐受指DNADNA遗传可绕过那些阻止遗传可绕过那些阻止DNADNA复复制的制的DNADNA损伤。损伤。zzDNADNA修复分为直接修复和切除修复修复分为直接修复和切除修复.zz直接修复指引起直接修复指引起DNADNA损伤的反应为可逆性的损伤的反应为可逆性的,如光修复。如光修复。zz切除修复指将损伤或不正确的碱基去除和切除修复指将损伤或不正确的碱基去除和替换替换,如核苷酸去除如核苷酸去除,它是负责较大范围损它是负责较大范围损伤的修复。伤的修复。一一.DNA损伤的修复损伤的修复zz1.1.直接修复直接修复 直接修复存在多数生物体内，直接修复存在多数生物体内，主要依赖酶作用，如光裂合酶和烷基转移酶。主要依赖酶作用，如光裂合酶和烷基转移酶。zz光复活光复活 主要是针对紫外线损伤产生的胸腺主要是针对紫外线损伤产生的胸腺嘧啶二聚体的修复机理。嘧啶二聚体的修复机理。zz“适应性适应性”反应反应 烷基转移酶将鸟嘌呤烷基转移酶将鸟嘌呤O6O6位位甲基转给甲基转给O6-O6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-DNA-DNA甲基化转移酶。甲基化转移酶。这样这样,鸟嘌呤可恢复其正常的碱基配对特性。鸟嘌呤可恢复其正常的碱基配对特性。PR1、光复活（、光复活（photo reactivation）-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA-复制前修复、不容易出错复制前修复、不容易出错 400 nm 蓝光、蓝光、PR 酶酶 (photo-reactivation enzyme)光敏裂合酶（光敏裂合酶（photolyase）可见光激活可见光激活 二聚体光修复的机制二聚体光修复的机制一一.DNA损伤的修复损伤的修复zz2.2.切除修复切除修复 切除修复是负责较大范围损伤的切除修复是负责较大范围损伤的修复机理修复机理,它是一多步骤修复过程它是一多步骤修复过程,分为两种分为两种:一是切除核苷酸修复一是切除核苷酸修复,另一是切除碱基修复。另一是切除碱基修复。zz核苷酸切除修复核苷酸切除修复 核苷酸切除是所有生物体内核苷酸切除是所有生物体内最常见的修复机理。它基本上可修复所有种类最常见的修复机理。它基本上可修复所有种类的的DNADNA损伤损伤,包括紫外线光产物、较大的包括紫外线光产物、较大的DNADNA加合加合物、物、DNADNA链间交联等。链间交联等。zz碱基切除修复碱基切除修复 碱基切除修复的碱基切除修复的DNADNA糖基糖基酶专一性强酶专一性强,每一种都特异地识别一种或每一种都特异地识别一种或少数几种异常碱基。少数几种异常碱基。2.2.切除修复切除修复ExisionRepairExisionRepair 复制前进行复制前进行 不易出错不易出错内切核酸酶内切核酸酶（Endonucleases）外切核酸酶外切核酸酶（Exonuclease）DNA pol Ligase 碱基切除修复碱基切除修复核核苷苷酸酸切切除除修修复复碱基切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复核苷酸切除修复ABA BCA B CA BCAB螺旋酶螺旋酶Pol 螺旋酶螺旋酶连接酶连接酶切切补补切切封封一一.DNA损伤的修复损伤的修复zz3.3.错配修复错配修复 可以识别并除去错配的碱基对可以识别并除去错配的碱基对,如如G:T G:T 和和A:C.A:C.象这样的碱基对可作为重组中象这样的碱基对可作为重组中间体间体,在复制时错误地出现或者通过碱基活性在复制时错误地出现或者通过碱基活性修饰如修饰如5-5-甲基胞嘧啶的脱氨作用而发生。甲基胞嘧啶的脱氨作用而发生。CH3 G A T C C T AGGT G A T C53 C T A G35GTCH3 CH3 G A T C C T AGGTMutHMutSMutL切口切口 CH3 G A T C C T AGGT 5 3CH3 G A T C53 C T A G35TGDNADNA解链酶解链酶 核酸外切酶核酸外切酶 SSBSSBdNMPs CH3 G A T C C T AGGT 5 3DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA连接酶连接酶dNTPs CH3 G A T C C T AGGC3.DNA错错配修复的模型配修复的模型zz4.4.双链断裂修复双链断裂修复 严格来说严格来说,双链断裂双链断裂修复不是修复修复不是修复,而是一种耐受过程而是一种耐受过程,一种一种以容忍损伤继续存在和在高突变率情况以容忍损伤继续存在和在高突变率情况下下,以换取细胞继续生存的耐受过程。为以换取细胞继续生存的耐受过程。为了尽可能的减少了尽可能的减少DNADNA双链断裂，细胞有一双链断裂，细胞有一套特定的修复途径，通过同源重组或者套特定的修复途径，通过同源重组或者非同源性末端连接机制被修复。非同源性末端连接机制被修复。重组修复重组修复 (链转移修复链转移修复)复制后修复复制后修复 容易出错容易出错 RecA,DNApolymerae ligase二聚体后起始二聚体后起始 RecA 聚合酶、连接酶聚合酶、连接酶重组修复后的损伤位点可重组修复后的损伤位点可由其它机制进一步修复由其它机制进一步修复一一.DNA.DNA损伤的修复损伤的修复zz5.5.交交联联修修复复 当当细细胞胞内内发发生生DNADNA链链内内交交联联，会会造造成成双双链链的的断断裂裂，机机体体启启动动两两种种修修复复：1 1）无无误误交交联联修修复复，降降解解双双螺螺旋旋，使使链链内内交交联联转转变变为为链链内内二二核核苷苷酸酸加加合合物物接接连连于于双双链链断断裂裂处处，随随后后HollidyHollidy连连接接体体分分解解，核核苷苷酸酸切切除除修修复复最最终终去去除除二二核核苷苷酸酸交交联联；2 2）易易误误交交联联修修复复，其其作作用用是是次次要要的的，包包括括整整个个核核苷苷酸酸切切除除修修复复和和易易误误DNADNA聚合酶。聚合酶。致突变损伤模式致突变损伤模式zz化学致突变作用损伤的模式zz 损伤损伤-修复修复-突变突变二二.遗传因素对致突变作用的影响遗传因素对致突变作用的影响zz个体因素影响致突变作用有两个方面个体因素影响致突变作用有两个方面zz一是先天性一是先天性,即遗传因素即遗传因素,也就是遗传多态性也就是遗传多态性(genetic polymorphysm)(genetic polymorphysm)。zz二是后天性二是后天性,主要指不同生活方式如吸烟主要指不同生活方式如吸烟,饮饮酒酒,营养缺乏或不平衡营养缺乏或不平衡,年龄等。年龄等。zz一般认为一般认为,遗传多态性在个体因素影响致突变遗传多态性在个体因素影响致突变作用中起决定作用。再者作用中起决定作用。再者,后天性的敏感亦有后天性的敏感亦有可能在一定遗传背景上出现可能在一定遗传背景上出现。二二.遗传因素对致突变作用的影响遗传因素对致突变作用的影响(一一)代谢酶遗传多态性代谢酶遗传多态性 遗传多态性是一个衡量遗传变异的数遗传多态性是一个衡量遗传变异的数据据,即群体中多态基因的比例。即群体中多态基因的比例。多态性的标多态性的标准是准是,当一个基因座位的最常见的等位基因当一个基因座位的最常见的等位基因频率不超过频率不超过0.950.95时时,这个基因座位即是多态这个基因座位即是多态性。性。zz1.1.氧化代谢酶氧化代谢酶 zz2.2.酯酶酯酶 zz3.3.谷胱甘肽硫转移酶谷胱甘肽硫转移酶(GST)(GST)二二.遗传因素对致突变作用的影响遗传因素对致突变作用的影响(二二)修复功能的个体差异修复功能的个体差异 zz1.O6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶甲基转移酶(MGMT)是体内一种特异性修复酶。是体内一种特异性修复酶。zz2.聚聚(二磷酸腺苷二磷酸腺苷-核糖核糖)多聚酶多聚酶(PARP)PARP的激活为的激活为DNA损伤后细胞的早期反应损伤后细胞的早期反应之一之一,它催化的反应作为它催化的反应作为DNA损伤的一系列细损伤的一系列细胞反应的过程之一胞反应的过程之一,可影响可影响DNA修复及损伤的修复及损伤的结局。结局。第五节第五节 观察化学毒物致突变作用观察化学毒物致突变作用的基本方法的基本方法 zz一一.观察项目的选择观察项目的选择zz1.观察效应终点的类型观察效应终点的类型 将致突变试验观察到的现象所将致突变试验观察到的现象所反映的各种事件统称为反映的各种事件统称为遗传学终点遗传学终点(genetic endpoint)。1.观察的效应终点类型观察的效应终点类型zz国际环境致突变物致癌物防护委员会国际环境致突变物致癌物防护委员会(ICPEMC)(ICPEMC)于于19831983年提出致突变试验的遗传年提出致突变试验的遗传学终点分为学终点分为5 5类类:DNA:DNA完整性的改变完整性的改变(形成形成加合物加合物,断裂断裂,交联交联);DNA);DNA重排或交换重排或交换;DNA;DNA碱基序列改变碱基序列改变;染色体完整性改变染色体完整性改变;染色体分离改变。染色体分离改变。其中其中实际上指基实际上指基因突变因突变,指染色体畸变。指染色体畸变。一一.观察项目的选择观察项目的选择2.成套的观察项目成套的观察项目zz遗传毒理学试验中遗传毒理学试验中遗传毒理学试验中遗传毒理学试验中,包括基因突变包括基因突变包括基因突变包括基因突变,断裂作用断裂作用断裂作用断裂作用,重组重组重组重组作用作用作用作用,非整倍体或多倍体的测定试验非整倍体或多倍体的测定试验非整倍体或多倍体的测定试验非整倍体或多倍体的测定试验,受试化合物受试化合物受试化合物受试化合物在任何一种试验中出现可重复的阳性结果在任何一种试验中出现可重复的阳性结果在任何一种试验中出现可重复的阳性结果在任何一种试验中出现可重复的阳性结果,即可认即可认即可认即可认为是遗传毒物。为是遗传毒物。为是遗传毒物。为是遗传毒物。zz成套观察项目成套观察项目成套观察项目成套观察项目入选的原则入选的原则入选的原则入选的原则：一组可靠的试验系一组可靠的试验系一组可靠的试验系一组可靠的试验系统应包括每一类型的遗传学终点。统应包括每一类型的遗传学终点。统应包括每一类型的遗传学终点。统应包括每一类型的遗传学终点。配套实验应配套实验应配套实验应配套实验应包括多种进化程度不同的物种包括多种进化程度不同的物种包括多种进化程度不同的物种包括多种进化程度不同的物种,如原核细胞如原核细胞如原核细胞如原核细胞,低等低等低等低等和高等真核细胞和高等真核细胞和高等真核细胞和高等真核细胞,。体内试验与体外试验配合。体内试验与体外试验配合。体内试验与体外试验配合。体内试验与体外试验配合。应包括生殖细胞和体细胞。应包括生殖细胞和体细胞。应包括生殖细胞和体细胞。应包括生殖细胞和体细胞。二二.常用的致突变试验常用的致突变试验zz(一)细菌回复突变试验细菌回复突变试验(Ames试验试验)zz细菌回复突变试验是利用突变体的测试菌株细菌回复突变试验是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观察受试物能否纠正或补偿突变体所携带的突变改变变改变,判断其致突变性。判断其致突变性。zz常用的菌株常用的菌株zz1.鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)zz2.大肠杆菌大肠杆菌(E.Coli)。(一一)细菌回复突变试验细菌回复突变试验(Ames试验试验)z试验原理试验原理z 选用鼠伤寒沙门菌组氨酸缺陷型细菌，选用鼠伤寒沙门菌组氨酸缺陷型细菌，该菌在组氨酸缺乏的培养基上不能生长，该菌在组氨酸缺乏的培养基上不能生长，若在含被检物的培养基上生长，证明被若在含被检物的培养基上生长，证明被检物使该菌发生了回复突变，可以自身检物使该菌发生了回复突变，可以自身合成组氨酸。计数菌落数可判断受试物合成组氨酸。计数菌落数可判断受试物的致突变性的致突变性.阳性阳性 含高浓度诱变剂含高浓度诱变剂 阳性阳性 含适当浓度诱变剂含适当浓度诱变剂二二.常用的致突变试验常用的致突变试验zz(二)微核试验微核试验zz微核微核微核微核(micronucleus)(micronucleus)(micronucleus)(micronucleus)与染色体损伤有关与染色体损伤有关与染色体损伤有关与染色体损伤有关,是染是染是染是染色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝受损色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝受损色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝受损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伤而丢失的整个染色体伤而丢失的整个染色体伤而丢失的整个染色体,在细胞分裂后期遗留在细胞分裂后期遗留在细胞分裂后期遗留在细胞分裂后期遗留在细胞质中在细胞质中在细胞质中在细胞质中,末期之后末期之后末期之后末期之后,单独形成一个或几个规单独形成一个或几个规单独形成一个或几个规单独形成一个或几个规则的次核则的次核则的次核则的次核,包含在子细胞的胞质内包含在子细胞的胞质内包含在子细胞的胞质内包含在子细胞的胞质内,因比主核小因比主核小因比主核小因比主核小,故称微核。故称微核。故称微核。故称微核。zz微核试验微核试验微核试验微核试验(micronucleus test,MNT)(micronucleus test,MNT)(micronucleus test,MNT)(micronucleus test,MNT)是观察受是观察受是观察受是观察受试物能否产生微核的试验。其主要可检出试物能否产生微核的试验。其主要可检出试物能否产生微核的试验。其主要可检出试物能否产生微核的试验。其主要可检出DNADNADNADNA断裂剂和非整倍体诱变剂。断裂剂和非整倍体诱变剂。断裂剂和非整倍体诱变剂。断裂剂和非整倍体诱变剂。二二.常用的致突变试验常用的致突变试验zz(三三)染色体畸变分析染色体畸变分析 zz观察染色体形态结构和数目改变称为染观察染色体形态结构和数目改变称为染色体畸变分析色体畸变分析(chromosome aberration(chromosome aberration analysis),analysis),又称细胞遗传学试验又称细胞遗传学试验(cytogenetic assay)(cytogenetic assay)。二二.常用的致突变试验常用的致突变试验zz(四四)姐妹染色单体交姐妹染色单体交换试验换试验zzSCESCE是化学毒物引起的是化学毒物引起的一种细胞遗传损伤。一种细胞遗传损伤。主要反映受试物导致主要反映受试物导致染色体同源点上染色体同源点上DNADNA复复制产物互换频率的改制产物互换频率的改变，变，SCESCE频率可反映细频率可反映细胞在胞在S S期期DNADNA受损程度。受损程度。二二.常用的致突变试验常用的致突变试验zz(五五五五)果蝇伴性隐性致死试验果蝇伴性隐性致死试验果蝇伴性隐性致死试验果蝇伴性隐性致死试验zz是利用隐性基因在伴性遗传中是利用隐性基因在伴性遗传中是利用隐性基因在伴性遗传中是利用隐性基因在伴性遗传中具有交叉遗传特征具有交叉遗传特征具有交叉遗传特征具有交叉遗传特征,选择黑腹选择黑腹选择黑腹选择黑腹果蝇为实验动物果蝇为实验动物果蝇为实验动物果蝇为实验动物,给予雄蝇受给予雄蝇受给予雄蝇受给予雄蝇受试物试物试物试物,如雄蝇的如雄蝇的如雄蝇的如雄蝇的X X X X染色体有突变染色体有突变染色体有突变染色体有突变,传给传给传给传给F1F1F1F1代雌蝇代雌蝇代雌蝇代雌蝇,再通过再通过再通过再通过F1F1F1F1代雌代雌代雌代雌蝇传给蝇传给蝇传给蝇传给F2F2F2F2代雄蝇代雄蝇代雄蝇代雄蝇,使位于使位于使位于使位于X X X X染色染色染色染色体上的隐性基因在半合型雄蝇体上的隐性基因在半合型雄蝇体上的隐性基因在半合型雄蝇体上的隐性基因在半合型雄蝇表现出来。表现出来。表现出来。表现出来。二二.常用的致突变试验常用的致突变试验zz(六六)显性致死试验显性致死试验 zz显性致死试验显性致死试验(dominant lethal test)(dominant lethal test)是一种体内试验是一种体内试验,用于检测整体哺乳动物生殖用于检测整体哺乳动物生殖细胞遗传性损伤细胞遗传性损伤 .显性致死突变指哺乳动物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生殖细胞染色体发生结构和数目变化,出现的出现的受精卵在着床前死亡和胚胎早期死亡。它是受精卵在着床前死亡和胚胎早期死亡。它是评价化学毒物对雄性动物的生殖细胞遗传毒评价化学毒物对雄性动物的生殖细胞遗传毒性较