生物化学和分子生物学：第十五章 DNA损伤与修复.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2016/11/15,#,DNA,损伤与修复,(DNA,Damage,and Repair),第十五,章,1,本章主要内容：,1.,什么是,DNA,损伤,?,2.,常,见的,DNA,损伤类型及其诱发因素,3.,什么是,DNA,损伤修复,?,4.,常见的,DNA,损伤修复途径,5.,切除修复的过程及其生物学意义,6,.,修复障碍与多种疾病发生密切相关,2,DNA,损伤,DNA Damage,第一节,3,各种体内外因素所导致的,DNA,组成与结构的变化称为,DNA,损伤,（,DNA damage,）,DNA,复制错误：,碱基错配，重复序列的插入或缺失,2.,机体代谢过程中产生的活性氧：,碱基修饰,3.,DNA,自身的不稳定性：,碱基的脱落，碱基脱氨转换,4,5,相邻,T,交联形成胸腺嘧啶二聚体,4.,物理因素：电离辐射、紫外线（,UV,）等,碱基氧化修饰或脱落、,DNA,链交联或断裂,6,5.,导致,DNA,损伤的化,学因素,自由基,导致碱基、核糖、磷酸基的损伤,碱基类似物,导致碱基配对,转换,7,碱,基修饰剂、烷化剂,修饰碱基导致碱基错配或脱落,嵌入性,染料,插入碱基对中引起插入、缺失或移码突变,8,Ames,试验（沙门氏菌回复突变试验）,致突变物检测。鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型（,his,-,菌株，在组氨酸缺失培养基不生长。受诱变剂作用后，发生回复突变，自行合成组氨酸，形成肉眼可见的菌落。某些化学物质需经代谢活化才有致变作用，故在测试系 统中加入哺乳动物微粒体酶。,9,DNA,损伤的修复,The repair of DNA damage,第二节,10,DNA,修复,（,DNA repair,）是指纠正,DNA,两条单链间错配的碱基、清除,DNA,链上受损的碱基或糖基、恢复,DNA,正常结构的过程。,11,常见的,DNA,损伤修复途径,修复途径,修复对象,参与修复的酶或蛋白,光复活修复,嘧啶二聚体,光复活酶,碱基切除修复,受损的碱基,DNA,糖基化酶、无嘌呤嘧啶核酸内切酶,核苷酸切除修复,嘧啶二聚体、,DNA,螺旋结构的改变,大肠杆菌中,UvrA,、,UvrB,、,UvrC,和,UvrD,，人,XP,系列蛋白,XPA,、,XPB,、,XPCXPG,等,错配修复,复制或重组中的碱基配对错误,大肠杆菌中的,MutH,、,MutL,、,MutS,，人的,MLH1,、,MSH2,、,MSH3,、,MSH6,等,重组修复,双链断裂,RecA,蛋白、,Ku,蛋白、,DNA-PKcs,、,XRCC4,损伤跨越修复,大范围的损伤或复制中来不及修复的损伤,RecA,蛋白、,LexA,蛋白、其他类型,DNA,聚合酶,12,1.,嘧,啶二聚,体在光复活酶作用下直,接修复,并非嘧啶二聚体修复的主要方式,一、,DNA,损伤的直接修复,13,2.,烷,基化碱,基在烷基转移酶作用下直,接修复,14,3.,无嘌呤位点在,DNA,嘌呤插入酶作用下直接修复,4.DNA,连接酶催化单链断裂的直接修复,DNA,损伤直接修复的特点：,单一特定的修复酶完成损伤,DNA,的修复，简单直接，非主要修复方式,15,二、切除修复是最普遍的,DNA,损伤修复方式,碱,基切除修,复,(Base excision repair,，,BER),核,苷酸切除修,复,(Nucleotide excision repair,NER),碱,基错配修复,(Mismatch repair,MMR),16,识别水解,：,DNA,糖基化酶特异性识,别并水解受损碱基，产生无,碱基,位点,1.,碱基切除修复的过程,切,除,：,核酸内切,酶去,除剩余的磷酸核,糖，产生缺口；,连接,：,DNA,连接酶连接切口，,DNA,恢复正常结构,合成,：,DNA,聚合酶以另一条链为模板填补缺口,17,2.,核,苷酸切除修,复的过程,(NER):,由酶系统识别,DNA,损伤部位；,在损伤两侧切开,DNA,链，去除两个切口之间的一段受损的寡核苷酸；,DNA,聚合酶以完整链为模板，合成,DNA,填补缺损；,连接酶连接，完成损伤修复。,识别和纠正,DNA,链及,DNA,双螺旋结构的变化，广泛修复一系列性质各异的损伤,18,E.coli,的,NER,主要由,4,种蛋白质组成：,UvrA,UvrB,UvrC,UvrD,19,着,色性,干,皮病,(,X,eroderma,P,igmentosum),核苷酸切除修复相关基因异常造成,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。,人,类的,NER,主要,由,XP,蛋白组成，包括,XP,A,XP,B,XP,C,XP,D,XP,E,XP,F,XP,G,共同修复损伤的,DNA,20,人,类基因组,DNA,损,伤的,NER,转录偶联修复,XPC,和,XPA,等识别结合,DNA,损伤部位；,XPB,、,XPD,与,XPA,共同作用，解链受损,DNA,、形成凸起；,XPF,与,XPG,分别在凸起的,5,-,端和,3,-,端切除并释放受损核苷酸；,聚合酶修补缺损区；,连接酶完成连接。,21,NER,能,拯救因转录模板链损伤而暂停转录的,RNA,聚合酶,，参与,转录偶联,修复,(transcription-coupled repair),作用方式,：,NER,蛋白结合暂停,的,RNA,聚合酶，,RNA,聚合酶起到损伤传感蛋白的作用。,意义,：修复,酶集中于正在转录,DNA,，,使损伤区域得以尽快修复,。,转录偶联修复,22,碱基错配修复（,MMR,）,碱基切除修复的一种特殊形式，主要负责纠正：,复制与重组中出现的碱基配对错误；,因碱基损伤所致的碱基配对错误；,碱基插入；,碱基缺失23,E.coli,碱基错配修复系统包括：,MutLHS,等,MutS,识别结合错配碱基；,MutL,稳定,MutS-DNA,复合物；,MutH,具有核酸内切酶活性,MMR,如何区分模板链与新生成的链呢？,真核细胞碱基错配修复系统：,MSH,蛋白（,MutS homologs,）；与,MutL,同源的,MLH,和,PMS,蛋白,24,模板,链,序,列甲基化,MutH,仅切割,新合成的,DNA,单链,E.coli,甲基,化酶（,methylase,）使,DNA,双链处,于暂时的,半甲基化状态,，仅模板链甲基化标记，从而使,新,合成的,DNA,单,链,被,MMR,识,别并修复。,25,The Nobel Prize in Chemistry 2015 was awarded jointly to Tomas Lindahl,Paul Modrich and Aziz Sancar,for mechanistic studies of DNA repair,.,碱基切除修复,光复活酶和,UvrABC,碱基,错配,修复,26,三、,DNA,严重损伤时需要重组修复,1.,同,源重组,修复,(homologous recombination repair),在重组酶作用下受损,DNA,与其,姐妹链交叉互补，分别以正常的两条,DNA,链为模板重建损伤链，然后解开交叉互补、连接新合成的链，完成同源重组。,2.,非同源末端连接的重组修复（,non-homologous end joining recombination repair),若发生,DNA,双链断裂该如何修复？,两个,DNA,分子的末端无需同源性而发生连接。,27,四、,DNA,损伤严重时启动应急修复（,SOS,修复）,跨越,DNA,损伤部位,，先复制后修复，出错率高,E.coli,中,SOS,修复中,LexA-RecA,操纵子的作用机制,:,28,DNA,损伤和修复的意义,The significance of DNA damage and repair,第三节,29,一、,DNA,损伤具有双重效应,1.,给,DNA,带来永久性的,改变（,突变：发生在,DNAf,分子上可遗传的结构变化,），进化的分子基础；,2.,导,致,DNA,不能用作复制和转录的模板,，细胞功能,出现障碍,，导致疾病或死,亡。,30,二、,DNA,损伤修复障碍与肿瘤等多种疾病相关,（一）先天性,DNA,损伤修复系统缺陷的人群易患,恶性肿瘤,（二）,DNA,损伤修复缺陷与许多,人类遗传病,相关，如着色性干皮病、共济失调,-,毛细血管扩张症等,（三）,DNA,损伤修复能力差则易,衰老,（四）,DNA,修复功能先天性缺陷的病人，易,免疫系统缺陷,。,31,