医学课件遗传毒性及其评价.ppt

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,*,第一节 基本概念,第二节 遗传毒性的类型,第六节 遗传毒性的评价,第五节 遗传毒性的检测方法,第四节 遗传毒性的后果,第三节 遗传毒性的机制,第一节 基本概念,遗传毒理学,(,genetic toxicology),研究,环境因素,对机体,遗传物质,和,遗传过程,的作用,阐明遗传毒性对机体健康的后果及其作用机制,为保护人体健康和生态平衡提供科学依据的一门毒理学分支学科。,基本概念,突变是一种遗传状态，是可以通过复制而遗传的,DNA,结构的永久性改变,化学物质,遗传物质,突 变,(mutation),遗传毒物genotoxicant,),诱变剂,(mutagen),致突变物,能力,遗传毒性,(genetic toxicity/genotoxicity),诱变性,(mutagenicity),致突变性,直接致突变物,无需代谢活化,(,direct-acting mutagen),间接致突变物,需代谢活化,(,indirect-acting mutagen),基本概念,过程,致突变,(mutagenesis),按发生方式,突变,自发突变,(,spontaneous mutation),诱发突变,(,induced mutation),频率 进程 后果,低 渐进 有益,高 突然 有害？,第二节 遗传毒性的类型,从遗传学角度分类,基因突变,(gene mutation),染色体结构畸变,(structural chromosome aberration),染色体数目畸变,(numerical chromosome aberration),从发生机制角度分类,以,DNA,为靶的损伤,(包括基因突变和染色体结构畸变）,不以,DNA,为靶的损伤,(主要指染色体数目畸变,）,遗传毒性类型,基因突变,染色体结构畸,染色体数目畸变,指基因在结构上发生了碱基对组成和排列序列的改变,遗传毒性的类型,基因突变,基因突变的类型,(一,),根据基因结构的改变,(二)根据对遗传信息的改变,(三)根据突变效应方向分类,碱基置换(,base substitution,),：,移码突变(,frameshift mutation),三核苷酸重复(,triplet repeats,),大段损伤,(,large fragment damge),遗传毒性的类型,基因突变的类型,(一,),根据基因结构的改变,碱基置换(,base substitution),DNA,核苷酸链上出现错误配对，某一碱基被另一碱基取代。,因仅牵涉到一个碱基对，又称,点突变,。,转换(,transition),颠换(,transvertion,),遗传毒性的类型,基因突变,A,G,T,C,遗传毒性的类型,基因突变,移码突变,(,frameshift mutation),基因编码区内缺失或增加的核苷酸数目不是,3,的倍数而改变遗传阅读框的突变。,后 果,改变了产物的氨基酸组成，并可能使蛋白质合成过早终止；,若移码突变发生在必需碱基，则可能是致死的；,若插入或缺失三个碱基,阅读框架不变，其产物常常有活性,或 有部分活性,整码突变,三核苷酸重复(,triplet repeats),又称三联体重复或三核苷酸扩展,即一特定的三联核苷酸被扩增，重复数目超过正常数目,目前已知有三联体重复的遗传病：强直性肌营养不良症、亨廷顿(,Huntington,s),病、脆性,X,综合征等。,遗传毒性的类型,基因突变,大段损伤,(,large fragment damge),：亦称,DNA,重排,指,DNA,序列上有较长的一段序列的重排分布,包括大段,(,一个碱基至数千个碱基,),的插入、缺失、取代、复制、放大和倒位。这类损伤有时可波及两个基因甚至数个基因。,遗传毒性的类型,基因突变,ABCDEFGHIJ,ABCDE,KL,FGHIJ,ABCDGHIJ,ABC,KLM,GHIJ,ABCDEF,DEF,GHIJ,ABCDEFGHIJ,ABCDEFGHIJ,ABCDEFGHIJ,ABCDEFGHIJABCDEFGHIJ,ABC,DEFG,HIJ,ABC,GFED,HIJ,正常,插入,缺失,取代,重复,内重复,放大,倒位,基因突变,遗传毒性的类型,基因突变的类型,(二)根据对遗传信息的改变,同义突变,:,是指没有改变基因产物氨基酸序列的突,变，与密码子的兼并性有关,错义突变,:,是指碱基序列的改变引起了产物氨基酸,序列的改变,无义突变,:,是指某个碱基的改变使代表某个氨基酸,的密码子变为蛋白质合成的终止密码子,导致多肽链在成熟之前终止合成,(三)根据突变效应方向分类,正向突变,:,是指改变了野生型性状的突变,回复突变:,是指突变体所失去的野生型性状可以通,过第二次突变恢复（原点恢复突变很少）,突变型,野生型,回复突变,正向突变,未发生突,变的基因,基因内存,在突变位点,遗传毒性的类型,基因突变的类型,染色体结构畸变,遗传毒性的类型,由于染色体或染色单体断裂，造成缺失或引起各种重排，从而出现染色体结构的异常,染色体型畸变,两条染色单体均涉及,（,DNA,复制前损伤）,染色单体型畸变,仅涉及一条染色单体（,DNA,复制后损伤）,断裂剂,凡能引起染色体断裂的化学物质,染色体结构畸变,染色体结构畸变,裂隙(,gap),断裂(,break),断片(,fragment),和缺失(,deletion),微小体,(,minute body),无着丝点环,环状染色体,双着丝点染色体,倒位(,inversion),易位(,translocation),插入(,insertion),和重复(,duplication),辐射体,遗传毒性的类型,双着丝粒染色体和无着丝粒,无着丝粒环,三辐体,四辐体,核内复制,类型,公式,染色体组,整倍体,单倍体,二倍体,三倍体,四倍体,非整倍体,单体,三体,四体,双三体,缺体,n,2n,3n,4n,2n-1,2n+1,2n+2,2n+1+1,2n-2,(,ABCD),(ABCD)(ABCD),(ABCD)(ABCD)(ABCD),(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD),(ABCD),(ABC),(ABCD)(ABCD),(A),(ABCD)(ABCD),(AA),(ABCD)(ABCD),(AB),(ABC)(ABC),注,：,A,、,B,、,C,、,D,代表非同源染色体,染色体数目畸变,遗传毒性的类型,第三节 遗传毒性的形成机,制,致突变机制模式,DNA,损伤修复突变,遗传毒性的机制,一、,DNA,损伤(,DNA damage),在遗传毒物的作用下，,DNA,的结构和功能发生改变，,DNA,的复制与转录受到阻碍,遗传毒性的机制,碱基损伤,DNA,链损伤,(一,),碱基损伤,1.碱基错配,2.,平面大分子嵌入,DNA,链,3.,碱基类似物取代,BrdU(,5-,脱氧尿嘧啶核苷,),取代,T,互变异构,碱基置换 错配（,A:T G:C G:C A:T,）,2-AP,（,2-,氨基嘌呤）,取代鸟嘌呤,互变异构,碱基置换 错配,(,A:T G:C),4.,碱基的化学修饰,碱基,氧化脱氨,-,亚硝基引起,DNA,链上相邻的嘧啶共价相连，形成,TT、TC、CC,等嘧啶二聚体,H-N,H-N,N-H,N-H,N,N,N,N,O,O,O,O,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,UV,等,O,O,O,O,31,(二,)DNA,链损伤,1.,二聚体的形成,2.,DNA,加合物的形成,活性化学物与,DNA,、蛋白等细胞大分子之间通过共价键形成的稳定复合物，通常很难用一般的化学或生物学方法使其解离,大加合物,代表物：,多环芳烃、生物毒素、黄曲霉毒素,B,、芳香胺类,后 果：,DNA,立体构象明显变化，阻断受损部位复制转录,或导致移码突变,小加合物,代表物：,烷化剂、亚硝基化合物,后 果：,对DNA,构象影响较小，易导致碱基错配,DNA-DNA,交联,代表物：,亚硝酸、丝裂霉素,C、,氮和硫的芥子气、各种铂的衍生物等,后 果：,DNA,分子上一条链的碱基与互补链上的相应碱基形成共价连接，致使复制时不能解链，复制和转录终止,DNA,链内、链间、,DNA,与蛋白质的交联,代表物,：,多功能烷化剂,后 果：,交联后不易修复或易错修复，高度致突变，并致,染色体断裂，易导致死性突变,3.,交联分子的形成,碱基改变,单链断裂,双链断裂,链内交联,蛋白质间交联,DNA,蛋白质交联,无碱基位点,链间交联,DNA,损伤的常见类型,碱基类似物的取代,链间嵌入,DNA,链断裂,DNA,碱基修饰,碱基烷化和共价结合,DNADNA,交联,DNA,蛋白质交联,二、,DNA,修复,DNA,损伤修复按其机制可分为,:,损伤修复机制（,repair mechanisms）,损伤耐受机制（,tolerance mechanisms）,遗传毒性的机制,(一)损伤的逆转直接修复,损伤修复机制,(,repair mechanisms),碱基切除修复,(,Base excision repair,BER),(二)切除修复,切除和替换损伤的,DNA,碱基,受损碱基移除由,DNA,糖基化酶启动,由多个酶共同完成,主要针对,DNA,单链断裂、小的碱基改变及氧化性损伤,核苷酸切除修复(,Nucleotide excision repair,NER),最常见，是体内识别,DNA,损伤最多的修复通路,在,DNA,内切酶、外切酶、,DNA,聚合酶、,DNA,连接酶等共同作用下，将,DNA,受损部位切除，并以另一条完整的,DNA,链为模板，再填补切去的部分,（四）链断裂的修复,（五）交联修复,（六）跨损伤的,DNA,合成,（三）错配修复,(mismatch repair,MMR),损伤耐受机制,(tolerance mechanisms)-,未清除,DNA,损伤，但可允许细胞存活,（一）重组修复,复制后修复,（二）,SOS,修复,在大肠杆菌，阻止,DNA,复制的损伤等可诱发,SOS,修复系统，即诱导细胞产生特殊的,DNA,聚合酶，以不严格的碱基配对使复制通过损伤部位,通过,SOS,修复，细胞得以存活，但常导入错误的碱基，故为易错修复,常见的,DNA,损伤及其修复机制,DNA,损伤因素,DNA,损伤类型,修复机制,X,射线,氧自由基,烷化剂,自发脱碱基,单链断裂,无碱基位点,氧化性碱基,碱基切除修复,紫外线,多环芳烃,嘧啶二聚体,大分子,DNA,加合物,核苷酸切除修复,抗癌药,（如顺铂,丝裂霉素,）,双链断裂,链间交联,双链断裂修复,（,同源重组修复和末端连接,）,复制错误,烷化剂,碱基错配,碱基缺失,碱基插入,错配修复,错配修复,切除修复,直接修复,双链损伤,单链损伤,单个核苷,酸的短补,片添加,转录偶联,性,NER,多个核苷,酸的长补,片合成,全基因,组,NER,碱基切除修复,核苷酸切除修复,非同源性末端连接,同源重组,DNA,修复,三、整倍体和非整倍体的形成,对,DNA,合成和修复有关的酶系统的作用,对纺锤体的毒作用,与微管蛋白二聚体结合,与微管上的巯基结合,破坏已组装的微管,妨碍中心粒移动,遗传毒性的机制,表观遗传突变,(epimutation),与突变,环境因素可以通过基因组的可遗传的变异导致有害的表型改变。然而,突变并不是基因组可遗传变异的唯一机制。环境物质也可直接或间接改变甲基化模式和表观遗传状态等,非,DNA,序列信息,，导致功能基因表达改变，引起表型的改变。,遗传毒物的作用机制,致突变机制模式,DNA,损伤修复突变,第四节 遗传毒性的后果,遗传毒物,遗传毒性的后果,衰老,未分化的胚胎细胞受损,流产死胎,结构或功能畸形,肿瘤,？,已分化的胚胎细胞受损,动脉硬化,生殖细胞突变,体细胞突变,不育,遗传负荷增加,流产死胎,遗传,病,遗传负荷,(,genetic load,):,一个群体由于有害等位基因存在而使适应度下降的现象。以人群中平均每个个体携带的有害基因的数量来表示。,第五节 遗传毒性的检测方法,检测基因突变,检测染色体畸变,检测,DNA,损伤,检测基因突变,细菌回复突变试验,哺乳动物细胞基因突变试验,昆虫突变试验,哺乳动物体内突变分析,昆虫突变试验,检测基因突变,分子生物学技术,基因组测序,基因芯片,转基因动物突变检测系统,检测染色体畸变,哺乳动物体外细胞遗传学分析,哺乳动物体内细胞遗传学分析,检测,DNA,损伤,DNA,链断裂,程序外,DNA,合成,(,UDS,),DNA,加合物的检测,DNA,修复的检测,姐妹染色单体交换,（,SCE,）,单细胞凝胶电泳,第六节 遗传毒性的评价,根据不同的测试对象和目的选择试验组合,遗传试验组合的原则,试验组应能检测多个遗传学终点,指示生物应包括几个进化阶段，至少要包括原核细胞与真核细胞两个系统,应包括体细胞和生殖细胞突变试验,应包括体内试验与体外试验,体外试验应包括加与不加代谢活化系统,一些国家新药遗传毒性评价的项目,试验项目,日本,欧共体,加拿大,中国,微生物回复突变试验,+,+,+,+,哺乳动物培养细胞染色体畸变试验,+,+,+,+,啮齿动物微核试验,+,+,+,+,哺乳动物细胞基因突变试验,+,-,判断化合物是否有致突变性的标准,阳性：,在检出任一遗传学终点的生物学试验中,呈现阳性反应的物质,阴性：,需检测五种遗传学终点的一系列试验中,均为阴性,DNA,完整性改变,DNA,重排或交换,DNA,碱基序列改变,染色体完整性改变,染色体分离改变,确定对人具有致突变性还需做流行病学调查,专家工作组,欧共体,美国,EPA,1.对生殖细胞有致突变证,据的化学物质,1类 已知人类,致突变物,2.对哺乳动物生殖细胞有,致突变证据的化学物质,2类 可能为人类,致突变物,证据充分,3.对哺乳动物细胞有致突,变性证据，但缺少与生,殖细胞作用证据的化学,物质,3类 具潜在致突变,效应而应予以关注,的化学物质,证据有提示性,4.致突变性分类证据不足,的化学物质,证据有限,5.阴性证据,致突变物的分类标准,参考资料,Mutation Research,Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis,Mutation Research,Reviews in Mutation Research,Mutation Research,Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis,DNA Repair,谢 谢！,