F_DNA 损伤、修复和重组

,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损伤、修复和重组,1,突变和突变发生,（mutation and mutagenesis),DNA损伤（DNA damage）,DNA修复（DNA repair）,重组（recombination）,2,突变概念,突变（mutation）,DNA分子碱基序列的可遗传改变,突变体（mutant）,与野生型（+）相对,突变剂（mutagen）,突变发生（mutagenesis）,自发突变（,spontaneous mutation,）,诱发突变（,induced mutation,）,3,1. DNA,碱基序列改变的多少,单点突变,（point mutation）,碱基替换（base substitution）,转换（transition） A-T, G-C,颠换（transversion）A-T, T-A,碱基增加（base addition）,碱基删除（base deletion）,多点突变（multiple mutation）,突变类型,4,2. 对遗传信息的改变,无声突变（silent mutation）,GAG (Glu),GAA (Glu),中性突变（neutral mutation）,GAG (Glu),GAC/U (Asp),错义突变（missense mutation）,GAG (Glu),AAG (Lys),无义突变（nonsense mutation,Chain termination mutation）,GAG (Glu),UAG (Stop),5,渗漏突变（Leaky mutation）,人的蚕豆病（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）,移框突变（frameshift mutation）,3. 对外界环境的敏感性,非条件突变（nonconditional mutation）,条件突变（conditional mutation）,温度敏感型突变,(ts mutant,temperature-sensitive),6,1. 根据错误碱基的产生方式,直接诱变 (direct mutagenesis),错配碱基没有被DNA修复系统去除,如：5-BU,间接诱变 (indirect mutagenesis),转移损伤DNA合成 （translesion DNA synthesis）,在下一轮复制：,模板链可以修复/子链产生突变,定向的（targetted）/非定向的（untargetted）,SOS修复系统（原核生物）,DNA聚合酶（真核生物 ）,突变发生类型,7,2. 根据是否有突变剂的参与,突变发生,突变发生类型,自发突变（spontaneous mutation）,1. 碱基错配错配修复(mismatch repair),2. 碱基互变异构：,亚氨基,A,*- C, C*-A；,烯醇式T,*- G, G*-T,3. 脱嘌呤(depurination)AP endonucleases,4. 脱氨基(deamination),C,U / 尿嘧啶-N-葡糖基酶,(100C/genome/day/human cell),突变热点（Hot spots）,C MeC (4% ),G - C G - T (MeC,deamination),不能被mismatch repair修复,诱发突变（induced mutation）,8,物理突变剂,高能离子辐射（X射线，,射线）,失去电子,打断双链,破坏碱基和糖基,非离子辐射,形成新化学骨架,紫外线 嘧啶二聚体,突变剂,9,A,T,A,BU,A,BU,*,A,T,G,BU,*,A,T,A,T,G,C,G,BU,*,化学突变剂,1. 碱基类似物,5-溴尿嘧啶（BU）,10,2.亚硝酸,（HNO,2,）,C,U， 与A配对，G,C A,T,AH (次黄嘌呤), 与C配对，AT GC,GX (黄嘌呤), 与C配对，不引起突变,3.羟氨 (,HA,),C, N-4-羟-C, 与A配对, G,C A,T,11,5.嵌合剂,吖啶橙、原黄素、吖黄素等吖啶类染料 嵌合到,DNA,碱基对之间,base addition /deletion / frameshift mutation,4. 烷基化试剂,甲基甲磺酸（MMS）/乙基亚硝基脲（ENU）,硫酸二甲酯 / 甲磺酸乙酯（EMS）/乙磺酸乙酯（NNG）,GO6-alkyl-G, 与T配对, GC AT,TO4-alkyl-T, 与G配对, AT GC,12,自发损伤: 脱氨基/ 脱嘌呤,外源损伤:,1. 氧化损伤,(,需氧细胞),活性氧,：,超氧化,物,，过氧化氢和,羟,自由基,（,OH,）,8-氧鸟嘌呤，2-氧腺嘌呤，5-甲酰尿嘧啶,2. 烷基化损伤,影响DNA复制和转录时的解旋,多数是间接诱变,3. 加成损伤,嘧啶二聚体,苯并芘（肝脏细胞色素P-450）,双环氧物-G,芳基化试剂,黄曲霉毒素B1（肝致癌剂）,DNA,损伤,（DNA damage）,13,1. 复制修复,尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase）,错配修复（mismatch repair）,2. 损伤修复,光复活（photoreactivation）,暗修复,切除修复（excision repair）,重组修复（recombinational repair）,SOS修复（SOS response）,烷基转移酶修复（alkyltransferase）,DNA修复（DNA repair）,14,尿嘧啶糖基酶系统（,uracil-N-glycosylase）,尿嘧啶-,N,-糖基酶，,AP,内切核酸酶，,Pol I,，,DNA,连接酶,AGTGACTTAG,TCA,C,TGAATC,AGTGACTTAG,TCA,U,TGAATC,AGTGACTTAG,TCA TGAATC,AGTGACTTAG,TCA TGAATC,AGTGACTTAG,TCA,C,TGAATC,uracil-N-glycosylase,AP,内切核酸酶,Pol I,TGA,DNA,连接酶,脱氨基,U,15,错配修复（mismatch repair）,G,A,TC,CTAG,CTAG,G,A,TC,*,*,T,G,G,A,TC,CTAG,CTAG,G,A,TC,*,*,T,G,CTAG,AG,TC,G,A,TC,*,T,G,G,A,*,C,T,T,G,A,TC,*,G,A,TC,*,CTAG,T,G,A,TC,*,G,A,TC,*,CTAG,错配矫正酶,（MutL, MutS +,内切核酸酶,MutH),nick,Pol I,，,DNA,连接酶,CTAG,16,光复活（photoreactivation）,可见光（300600nm）,光解酶（PR酶）,两个生色团：,N,5,，N,10,-次甲基四氢叶酸和FADH（,E.coli,）,对环丁烷嘧啶二聚体（UV）作用,切断嘧啶二聚体的化学键,Error-free,TT,T,T,17,烷基转移酶修复,（alkyltransferase）,去除,O,6,-甲基鸟嘌呤的甲基,只能用一次,其他,烷基化碱基需要切除修复,AGCGTA,GAGCAT,CH3,SH,AGCGTA,GAGCAT,S,CH3,+,+,18,切除修复,（excision repair） Error-free,原核生物的,切除修复,:,核苷酸,切除修复（,nucleotide,excision repair, NER,）,去除没有被光解酶修复的嘧啶二聚体,碱基,切除修复（,base excision repair, BER）,去除修饰碱基,真核生物的NER:,GG-NER (global genome NER),TC- NER (transcription-coupled NER),与GG-NER 相似,除了RNA聚合酶替代XPC,19,5,5,3,3,5,3,5,3,5,3,5,3,5,3,5,3,UvrABC,Pol I (或,和,）,DNA,连接酶,NER,5,5,3,3,B,*,5,3,AP site,5,3,DNA glycosylase,5,3,AP,内切核酸酶,5,3,5,3,5,3,5,5,3,3,进一步酶切,Pol,BER,20,着色性干皮病（XP）,常染色体隐性遗传，易癌，对阳光敏感,NER缺失（7个基因中的一个缺失）,Cockayne 综合症,与转录偶连的切除修复缺失,对阳光敏感，但不易癌,着色性干皮病变异体（XP-V）,NER正常,DNA聚合酶,缺失（,嘧啶二聚体处,加入A）,21,SOS修复（SOS response）,抑制pol III的校正活性,容错DNA复制 (error-prone DNA replication),22,SOS修复的调控,LecA 抑制SOS基因转录,阻遏蛋白,结合在操纵子,RecA 激活SOS基因 (DNA合成异常),重组活性,ssDNA结合活性, RecA,RecA,*,蛋白酶活性 (水解LecA),抑制,pol III的校正活性,UvrA、B（切除修复）,UmuC、D（通过复制）,23,重组修复,(Recombination-repair),复制,后,修,复,(Post-replication repair),嘧啶,二,聚,体,引,起,DNA,双,螺旋,结构,扭曲,DNA,聚,合,酶,停滞,在,更,远的,距,离重新,复制,新合成的,链,留下,一个,缺,口,通过重组修补缺口,24,重组修复,a,a,b,b,a,a,b,b,a,a,b,b,a,a,b,b,DNA 双螺旋结构扭曲， DNA 聚合酶停滞,DNA 聚合酶在更远的距离重新复制， 新链留下缺口,通过重组修补新链缺口,修补母链缺口,25,同源重组,位点特异性重组,转座,重组,（recombination）,转座子概念,转座子结构,转座机制,26,转座子：,基因组中可移动的不连续序列，可在基因组内从一个座位转到另一个座位。,转座子特征：,1. 不利用独立元件,(,如噬菌体或质粒DNA)，而是从基因组的一个位点直接移动到另一个位点。,2. 不依赖序列供体和接体位点间的任何联系。,3. 非常严格地自我转座到同一基因组的新位点，有时增加一些序列，是基因组内突变的主要来源。,27,细菌转座子结构,1. IS （插入序列, insertion sequences）,两端反向重复序列（inverted repeat）,0.751.5kb;,转座酶;,识别位点,IR,Transposase,IR,28,ATGCA,12345678,TACGT,ATGCA,TACGT,Target,repeat,Inverted,repeat,IS1 9 bp,23 bp,768 bp,IS2 5 bp,41 bp,1327 bp,IS411-13 bp,18 bp,1428 bp,IS5 4 bp,16 bp,1195 bp,IS10R 9 bp,22 bp,1329 bp,IS50R 9 bp,9 bp,1531 bp,IS903 9 bp,18 bp,1057 bp,IS,ATGCA,TACGT,29,2. Tn （复合转座子, composite transposons）,Genes,IS,两端IS组件;,2-10kb;,转座酶,/ 抗生素基因,IS,30,Tn,ISL,ISR,Transposon makers,Transposon makers,Tn9IS1,cam,R,IS moduls identical,both functional,Tn903IS903,kan,R,both IS functional,Tn10IS10L,tet,R,IS10R,nonfunctional functional,Tn5IS50L,kan,R,IS50R,nonfunctional functional,31,3. TnA （Tn3 type transposons, TnA family）,两端无IS 组件;,525kb;,转座酶,/ 解离酶 / 抗生素基因,两端IR（3040bp）相似或相同,Res,Transposase,Resolvase,Amp,r,32,tnp,A- 转座酶基因，1004aa；突变时不能转座,与,IR,内,的,25bp,序列,结,合,在,靶,DNA,上,5bp,的,交,错,切割,tnp,R- 解离酶基因，突变时转座频率升高,抑制转录酶,阻,止,tnpA,和,它自,身,的转录,Res区- 解离部位、与解离酶结合,TnA,Res,Transposase,Resolvase,Amp,r,tnp,A,tnp,R,转录,33,融合/复制,重组,解离,Cointegrate,共整合体,TnpA,TnpR,Donor molecule,Target molecule,transposon,1. 必要步骤 形成共整合体、特异性重组,转座机制,34,转座机制,2. 共整合体的形成和转座子复制的详细过程,1,2,3,交错切口,交换复合体(链转移复合体)形成,自由3-OH端复制产生共整合体,35,转座机制,3. 复制转座：,转座子和受体DNA双链形成交错切口；,转座子两端形成复制叉，连接并复制,合成,缺口单链；,同源性重组，受体DNA产生同向重复序列。,4,1,2,3,36,转座机制,4. 非复制转座 / 简单转座（cut and paste）：,受体DNA双链形成交错切口；,转座子插入交错切口，连接并,修复,缺口单链 ；,受体DNA产生同向重复序列。,3,1,2,37,复习题,1.名词：,无声突变，中性突变， 错义突变，无义突变，渗漏突变,移框突变，直接诱变，间接诱变,2.自发突变有哪些方式？可以通过什么方式进行修复？,3.物理和化学突变剂有哪些类型，会引起什么样的突变？,4.DNA损伤有哪些类型？分别是什么原因引起的？,5. DNA修复系统有哪些？每个修复系统所需要的酶和作用原理是什么？,6.什么是转座子，它有什么特点？,7.细菌的转座子有几种类型，各具有什么结构？,8.复制性转座和非复制性转座各有什么特点？,38,