DNA的损伤与修复课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,1,*,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,*,*,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,*,*,DNA的损伤与修复,DNA的损伤与修复DNA的损伤与修复DNA的损伤（Mutation ） Small-scale mutations,a. substitutation （替换）b. deletion （缺失）,c. insertion （插入）d. exon skipping The chromosome abnormalitya. Numerical abnormality: Triploidy, Monosomy,Trisomyb. Structural abnormality: Two breaks in a single,chromosome can cause inversion, deletion or ring,structure.,DNA的损伤与修复DNA的损伤与修复DNA的损伤与修复DNA,1,DNA的损伤（Mutation,）, Small-scale mutations,a. substitutation （替换）,b. deletion （缺失）,c. insertion （插入）,d. exon skipping, The chromosome abnormality,a. Numerical abnormality: Triploidy, Monosomy,Trisomy,b. Structural abnormality: Two breaks in a single,chromosome can cause inversion, deletion or ring,structure.,DNA的损伤（Mutation ） Small-scale,2,The substitution mutation,(a),Illustration of,transition (blue),and,transversion (red),mutations. In the,transition mutation, a pyrimidine (C or T) is,substituted by another pyrimidine, or a purine,(A or G) is substituted by another purine. The,transversion mutation involves the change,from a pyrimidine to a purine, or vice versa.,(b),Examples of,silent, missense and nonsense,mutations. The silent mutation does,not produce any change in the amino acid sequence, the missense mutation results in,a different amino acid, and the nonsense mutation generates a stop signal.,The substitution mutation(b) E,3,Deletion mutation,The deletion mutation involves elimination of one or more,nucleotides from a DNA sequence. It may cause,frameshift,producing a,non-functional protein.,In CFTR,gene,In CFTR,gene,In FIX,gene,In APC,gene,Real examples of deletion mutations which cause diseases,Deletion mutationThe deletion,4,Insertion,One or more nucleotides are inserted into a sequence. If,the number of inserted bases is not a multiple of 3, it will,cause,frameshift,resulting in serious consequences.,InsertionOne or more nucleotid,5,Exon skipping,Splicing of an intron requires an essential signal: GT.AG. If the,splice acceptor site AG is mutated (e.g., A to C in this figure), the,splicing machinery will look for the next acceptor site. As a result,the exon between two introns is also removed.,Exon skippingSplicing of an in,6,2. 5 DNA的修复,由于染色体DNA在生命过程中占有,至高无上的地位，DNA复制的准确性,以及DNA日常保养中的损伤修复就有,着特别重要的意义。,2. 5 DNA的修复由于染色体DNA在生命过程中占有,7,表2-12 大肠杆菌中DNA的修复系统,DNA修复系统,错配修复,碱基切除修复,核苷酸切除修复,DNA直接修复,功能,恢复错配,切除突变的碱基,修复被破坏的DNA,修复嘧啶二体或甲基化DNA,表2-12 大肠杆菌中DNA的修复系统DNA修复系统功能,8,2.5.1,错配修复,（mismatch,repair）,错配修复对DNA复制忠实性的贡献,力达10,2,-10,3,，DNA子链中的错配几乎,完全能被修正。,2.5.1 错配修复（mismatch repair）错配,9,图2-25 根据母链甲基,化原则找出错配碱,基 的 示 意 图 。,a. 发现碱基错配。,b.,在水解ATP的作用,下，MutS,MutL,与碱基错配位点的,DNA双链相结合,。,c. MutS-MutL在DNA,双链上移动，发现,甲基化DNA后由,MutH切开非甲基,化的子链。,图2-25 根据母链甲基化原则找出错配碱下，MutS,10,该系统识别母链的依据来自,Dam甲基化酶，它能使位于5,GATC序列中腺苷酸的N,6,位甲,基化。一旦复制叉通过复制起,始位点，母链就会在开始DNA,合成前的几秒种至几分钟内被,甲基化。,该系统识别母链的依据来自Dam甲基化酶，它能使位于5GAT,11,只要两条DNA链上碱基配对出问,题，错配修复系统就会根据“保存,母链，修正子链”的原则，找出错,误碱基所在的DNA链，并在对应,于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的,5位置切开子链，再启动特定的修,复途径，合成新的子链片段。,只要两条DNA链上碱基配对出问5位置切开子链，再启动特定的,12,图2-26 碱基错配修复过程示意图,图2-26 碱基错配修复过程示意图,13,当错配碱基位于切口3下,游端时，在MutL-MutS,、解链酶II、DNA外切酶,VII或RecJ核酸酶的作用,下从错配碱基3下游端开,始切除单链DNA直到错,配位点，并在Pol,III和,SSB的作用下合成新的子,链片段。,当错配碱基位于切口3下VII或RecJ核酸酶的作用SSB的,14,若错配碱基位于切,口的5上游端，则,在DNA外切酶I或X,的作用下切除单链,DNA直到错配位点,，再合成新的子链,片段。,若错配碱基位于切DNA直到错配位点,15,2.5.2,碱基切除修复,（Base-excision,repair）,所有细胞中都带有能识别受损核酸,位点的不同的糖苷水解酶，能特异,性切除受损核苷酸上的N-糖苷键,，形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称,为AP位点。,2.5.2 碱基切除修复（Base-excision rep,16,图2-27,DNA分子中常见,的几种核苷酸非酶促转,变反应,a. 脱氨基反应,图2-27 DNA分子中常见a. 脱氨基反应,17,图2-27,DNA分子中常见的几种核苷酸非酶促,转变反应,b.,脱嘌呤反应 （N-糖苷键被水解）,图2-27 DNA分子中常见的几种核苷酸非酶促b. 脱嘌呤反,18,DNA repair by,base excision,DNA分子中一旦产,生了AP位点，内切,酶就会把受损核苷,酸的糖苷-磷酸键切,开，移去AP位点附,近小片段DNA，并,由DNA聚合酶I和,DNA连接酶共同完,成修复。,DNA repair byDNA分子中一旦产DNA连接酶共同,19,2.5.3,核苷酸切除修复,（nucleotide-excision,repair）,当DNA链上相应位置的核苷酸发,生损伤，导致双链之间无法形成氢键,，则由核苷酸切除修复系统负责修复,。,2.5.3 核苷酸切除修复（nucleotide-excis,20,DNA repair by,nucleotide excision,损伤发生后，首先由,DNA切割酶,(excinuclease)在已损,伤的核苷酸5和3位,分别切开磷酸糖苷键,，产生并移去DNA小,片段，然后由DNA聚,合酶合成新片段，并,由DNA连接酶完成修,复中的最后步骤。,DNA repair bynucleotide excisi,21,大肠杆菌和人类细胞中的核苷酸切除修复过程示意图,大肠杆菌和人类细胞中的核苷酸切除修复过程示意图,22,在原核生物中受损核苷酸3端的第5,位，5端的第8位磷酸糖苷分别被,DNA切割酶切开。,在人类细胞中，受损伤核苷酸3端,第6位，5端的第23位磷酸糖苷键分,别被DNA切割酶切开。,在原核生物中受损核苷酸3端的第5位，5端的第8位磷酸糖苷,23,2.5.4,DNA的直接修复,（direct,repair）,生物体内还存在DNA损伤直接修复,而并不需要切除碱基或核苷酸的机制。,DNA光解酶（photolyase）能把在光,下或经紫外光照射形成的环丁烷胸腺嘧啶,二体及6-4光化物（6-4-photoproduct）还,原成为单体。,2.5.4 DNA的直接修复（direct repair）,24,图2-29 紫外光诱发形成嘧啶二体,图2-29 紫外光诱发形成嘧啶二体,25,DNA的损伤与修复课件,26,此外，生物体内还广泛存在着使O,6,-甲基鸟,嘌呤脱甲基化的甲基转移酶，以防止形成,G-T配对。,图2-30,O,6,-甲基转移酶使O,6,甲基化鸟嘌呤恢复成鸟嘌呤,此外，生物体内还广泛存在着使O6-甲基鸟嘌呤脱甲基化的甲基转,27,2.6 DNA的转座,（DNA,Transposition）,DNA,的,转 座,， 或 称,移 位,（,transposition），是由可移位因,子 （,transposable element）,介,导的,遗传物质重排现象。,2.6 DNA的转座（DNA Transposition）D,28,转座过程,示意图,转座过程示意图,29,2.6.1,转座子的分类和结构特征,转座子（transposon，Tn）是存在,于染色体DNA上可自主复制和位移的,基本单位。,最简单的转座子不含有任何宿主基,因而常被称为插入序列（insertional,sequence，IS），它们是细菌染色体,或质粒DNA的正常组成部分。一个细,菌细胞常带有少于10个IS序列。,2.6.1 转座子的分类和结构特征转座子（transpos,30,常见的IS序列都是很小的DNA片段,（约1kb），末端具有倒置重复序列，,转 座 时 常 复 制 宿 主 靶 位 点,4,-,15bp的,D N A,形 成 正 向 重 复 区 。,大部分IS序列只有一个开放读码框，,翻译起点紧挨着第一个倒置重复区，终,止点位于第二个倒置重复区或附近。,IS1含有两个分开的读码框，只有移,码通读才能产生功能型转座酶。,常见的IS序列都是很小的DNA片段IS1含有两个分开的,31,DNA的损伤与修复课件,32,表2-13,IS序列的结构特征比较,长度（,bp）,两端倒置重复区,（bp）,靶位点正向重,复区（bp）,靶位点,IS1,IS2,IS4,IS5,IS10R,768,1327,1428,1195,1329,23,41,18,16,22,9,5,11或12,4,9,随机,有热点,AAAN20TTT,有热点,NGCTNAGC,N,IS50R,IS903,1531,1057,9,18,9,9,有热点,未知,表2-13 IS序列的结构特征比较长度（两端倒置重复区靶位点,33,复 合 式 转 座 子,（,composite,transposon）是一类带有某些抗药性,基因（或其他宿主基因）的转座子，,其两翼往往是两个相同或高度同源的,IS序列。,一旦形成复合转座子，IS序列就不,能再单独移动，因为它们的功能被修,饰了，只能作为复合体移动。,复 合 式 转 座 子 （ composite,34,DNA的损伤与修复课件,35,除了末端带有IS序列的复合转座子以外，还存,在一些没有IS序列的、体积庞大的转座子,（5,000bp以上）TnA家族。常带有3个基因,，一个编码-内酰胺酶（AmpR），另两个则是,转座作用所必须的。,所有TnA类转座子两翼都带有38bp的倒置重复,序列。,除了末端带有IS序列的复合转座子以外，还存在一些没有IS序列,36,2.6.2,转座作用的机制,转座发生时，受体分子中有一段很短,的（312bp）、被称为靶序列的DNA,会被复制，使插入的转座子位于两个重,复的靶序列之间。,不同转座子的靶序列长度不同，但特,定转座子所复制的靶序列长度是一样的,。IS1两翼总有9个碱基对的靶序列，而,Tn3两端总有5bp的靶序列。,2.6.2 转座作用的机制转座发生时，受体分子中有一段很短,37,在复制性转座中，整个转座子被复,制，所移动的仅仅是原转座子的拷贝,。转座酶（transposase）和解离酶（,resolvase）分别作用于原始及复制转,座子。TnA类主要是这种形式。,在非复制性转座中，原始转座子作,为一个可移动的实体直接被移位，IS,序列、Mu及Tn5等都以这种方式进行,转座。,在复制性转座中，整个转座子被复resolvase）分别作用,38,2.6.3,转座作用的遗传学效应,转座引起插入突变，导致结构基,因失活。,转座产生新的基因。,转座产生的染色体畸变。,转座引起生物进化。由于转座作,用，使某些原来在染色体上相距,甚远的基因组合到一起，构建成,新的表达单元，产生新的基因和,蛋白质分子。,2.6.3 转座作用的遗传学效应转座引起插入突变，导致结构,39,DNA的损伤与修复课件,40,2.6.4,真核生物中的转座子,1,玉 米 中 的,控 制 因 子,（,controlling,element）-,转座子,玉米中的控制因子分为两类，即自主性,因子和非自主性因子。前者具有自主剪接,和转座的功能；后者单独存在时是稳定的,，不能转座，当基因组中存在与非自主性,因子同家族的自主性因子时，它才具备转,座功能。,同一家族的自主性因子能为非自主性因,子的转座提供反式作用蛋白（转座酶）。,2.6.4 真核生物中的转座子element）- 转座子玉米,41,在著名的Ac-Ds体系中，自主转座子Ac长4,563bp，转录生成3 500bp的单一成熟RNA。,Ac转座子的两翼有11bp的倒转重复序列，在,其靶DNA位点复制形成8bp正向重复。,在著名的Ac-Ds体系中，自主转座子Ac长4563bp，转录,42,已知所有Ds都是Ac转座子的缺失突变体,，其两端有完整的转座特征序列。,已知所有Ds都是Ac转座子的缺失突变体,43,DNA的损伤与修复课件,44,Spm（suppressor-mutator）和En（,enhancer）属于另一类转座子。,Spm和En几乎是完全相同的，它们,只有不到10个碱基的差异，两端各,有一个13bp的倒置重复序列，在其,靶DNA位点复制形成3bp正向重复。,Spm（suppressor-mutator）和En（,45,图2-36 转座子Spm/En和dSpm非自主转座子的结构比较,图2-36 转座子Spm/En和dSpm非自主转座子的结构比,46,Spm和En的转录区（即tnpA基因）有,8300bp，成熟mRNA为2500bp。tnpA基因,产物的主要功能是切割转座子序列。另有,两个开放读码框位于tnpA基因的内含子中,，其mRNA的含量大约只有tnpA基因产物,的1%。,由tnpB基因编码的这两个蛋白可能直接,与转座子两端13bp倒转重复区相结合，有,利于DNA的切割和转移。所有dSpm（,defective Spm）都是功能型Spm的缺失突,变体。,Spm和En的转录区（即tnpA基因）有8300bp，成熟m,47,2,果蝇中的转座子,果 蝇 中 的,Copia,转 座 子具,有 数 百,bp的末端正向重复和类似于酵母,Ty转座子及RNA肿瘤前病毒的结,构，能以高速度转录并产生有多聚,腺苷化末端的RNA。只具有一个长,的可阅读框架，基因产物与RNA肿,瘤病毒逆转录酶有较高的同源性。,2 果蝇中的转座子bp的末端正向重复和类似于酵母Ty转座子及,48,图2-37 真核生物细胞内存在不少结构上类似于反转录病毒的反,转录转座子。这类转座子都编码一个与反转录病毒中的反转录,酶高度同源的转座酶，左右两边都是与病毒边界序列LTR同源,的重复序列。,图2-37 真核生物细胞内存在不少结构上类似于反转录病毒的反,49,P转座子（P element）属于非,复制型，两翼都有31bp倒置重复,序列，转座后导致靶DNA复制产,生8bp正向重复序列。有实验证,明，P转座子插入果蝇基因组W,位点引起杂种不育。,P转座子（P element）属于非,50,P转座子的原初转录产物为2.5或,3.0kb，包括外显子0、1、2、3,及3个内含子。,体细胞中，只有前两个内含子,能被顺利切除，产生包括外显,子02的功能型mRNA并被翻,译成一个6.6104的转座阻遏蛋,白。,在卵细胞中，内含子3能被切除,，所产生的成熟mRNA包括全,部4个外显子并被翻译成,8.7104转座酶，导致P转座子,转座和配子体败育。,P转座子的原初转录产物为2.5或体细胞中，只有前两个内含子在,51,P转座子与杂种不育,P转座子与杂种不育,52,DNA的损伤与修复课件,53,谢谢观赏,谢谢观赏,54,