第七章外源化学物质突变作用

*,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,单击此处编辑母版标题样式,第七章 外源化学物质突变作用,卫生毒理学教研室 陈 艳,2024/9/30,1,遗传毒理学,掌握：根本概念突变、自发突变与诱发突变；致突变作用与致突变物；化学毒物致突变类型基因突变、染色体畸变；致突变试验的遗传性终点和试验组合的选择；Ames试验；微核试验；姐妹染色单体交换试验。,熟悉：化学毒物致突变机制；突变的不良后果；哺乳动物细胞正向突变试验、染色体畸变分析等。,了解：非整倍体和多倍体突变。,2,遗传毒理学,第一节 根本概念,第二节 化学毒物致突变的类型,第三节 致突变作用机制和后果,第四节 机体对致突变作用的影响,第五节 观察化学毒物致突变作用,的根本方法,3,根本概念,遗传毒理学,(,Genetic Toxicology,),是毒理学的一个分支，研究外源化学物及其他环境因素对生物体遗传机构的损害作用及其规律。其主要目的是检测那些能引起,DNA,损伤的环境因素，研究其遗传毒作用的特点及对人类的潜在危害。,4,根本概念,突变(mutation),遗传构造本身的变化及其引起的变异称为突变，突变实际上是遗传物质的一种可遗传的变异。,自发突变(spontaneous mutation),由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的自制、转录、修复时的碱基配对错误所产生的突变。,诱发突变(induced mutation),诱变剂诱发的突变。,5,致突变作用或诱变作用(mutagenesis),广义概念是外来因素，特别是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力，而且此种改变可随同细胞分裂过程而传递。简单地说，突变的发生及其过程即为致突变作用。,化学诱变剂(chemical mutagen),基因突变(gene mutation),一个或几个DNA碱基对的改变,染色体畸变(chromosome aberration),染色体的构造及数目改变,根本概念,6,DNA,与基因:,基因(,gene),基因组(,genosome),染色质,(,chromatin),与染色体,(,chromosome),体细胞,(,somatic cell),和生殖细胞,(,germ cell),基因型(,genotype),与表型(,pheotype),细胞周期(,cell cycle)、,有丝分裂(,mitosis),与减数分裂(,meiosis),根本概念,7,根本概念,8,根本概念,9,根本概念,10,根本概念,11,基因突变gene mutation,染色体畸变chromosome aberration,非整倍体和多倍体(aneuploidy and polyloid),化学毒物致突变的类型,12,化学毒物致突变的类型,一、基因突变(gene mutation),1碱基置换(basepair substitution),指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。,转换(transition),颠换(transvertion),2移码突变(frameshift mutation),指发生一对或几对三对除外的碱基减少或增加，以致从受损点开场碱基序列完全改变，形成错误的密码，并转译成为不正常的氨基酸。,13,一、基因突变,(,gene mutation),化学毒物致突变的类型,14,化学毒物致突变的类型,一、基因突变,(,gene mutation),15,二、染色体畸变(chromosome aberration),指染色体的构造改变,染色单体型畸变(chromatid-type aberration),染色体型畸变(chromosome aberration),染色体畸变,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,化学毒物致突变的类型,16,染色体缺失及环状染色体的形成图,染色体插入和重复示意图,17,染色体的臂间倒位,染色体相互易位示意图,18,二、染色体畸变,(,chromosome aberration),化学毒物致突变的类型,19,三、基因组突变,1非整倍体 非整倍体(aneuploid)指细胞丧失或增加一条或几条染色体。缺失一条染色体时称为单体(monosome)，增加一条染色体时称为三体(trisome)。染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。如21三体导致先天愚型(Down氏综合征)。,2整倍体 整倍体(euploid)指染色体数目的异常是以染色体组为单位的增减，如形成三倍体(triploid)、四倍体(tetroploid)等。在人体，3n为69条染色体，4n为92条染色体。在肿瘤细胞及人类自然流产的胎儿细胞中可有三倍体细胞的存在。发生于生殖细胞的整倍体改变，几乎都是致死性的。,化学毒物致突变的类型,20,致突变作用的机制,一、DNA损伤与突变,(一)碱基损伤,1.碱基错配,2.嵌入DNA链,3.碱基类似物的取代,4.碱基的化学构造改变或破坏,21,一、DNA损伤与突变,二DNA链受损,1.二聚体的形成,2.DNA加合物DNA adducts形成,3.DNA-蛋白质交联物(DNA-Protein,crosslinks，DPC)形成,二、引起突变的细胞分裂过程的改变,三、其他的改变,对DNA合成和修复有关的酶系统作用可间接导致,DNA损伤，诱发基因突变或染色体畸变。,致突变作用的机制,22,突变的不良后果,突变的不良后果,体细胞突变,生殖细胞突变,癌变,致畸,衰老,配子死亡,死胎,自发流产,先天畸形,23,一、,机体修复,DNA,损伤的机制可分为两大类：,1.损伤耐受机制：指,DNA,遗传可绕过那些阻止,DNA,复制的,DNA,损伤。,2.修复机制：,DNA,修复,直接修复,切除修复,O,6,甲基鸟嘌呤修复,光修复,错配碱基修复,碱基切除修复,核苷酸切除修复,机体对致突变作用的影响,复制后修复,呼救性修复,24,机体对致突变作用的影响,二、遗传因素对致突变作用的影响：,(一)代谢酶遗传多态性,(二)修复功能的个体差异,25,观察化学毒物致突变作用的根本方法,一、观察工程的选择,1观察的效应终点类型,基因突变和染色体畸变的检测可直接反映化学毒物的致突变性，是评价化学毒物致突变性唯一可靠的方法。还有许多试验所观察到的现象并不反映基因突变、染色体畸变和染色体别离异常，而仅反映致突变过程中发生的其他事件。因此，将试验观察到的现象所反映的各种事件统称为遗传学终点(genetic endpoint)。,26,观察化学毒物致突变作用的根本方法,一、观察工程的选择,遗传学终点分为5类：,DNA完整性的改变(形成加合物，断裂，交联)；,DNA重排或交换；,DNA碱基序列改变；,染色体完整性改变；,染色体别离改变。,其中实际上指基因突变，指染色体畸变。,27,观察化学毒物致突变作用的根本方法,2成套的观察工程,遗传毒理学评价程序通常为一组体内、外遗传毒理学试验。因为：,化学毒物的种类和构造多种多样，其致突变的机制不尽一样，作用的靶细胞也不一样，有的是体细胞，或生殖细胞，或两者兼而有之，故在成套观察工程中既要用体细胞检测又要用生殖细胞；除了从分子水平还要从细胞水平来检测化学毒物的遗传毒性。,致突变物中仅少数具有直接致突变作用，大多数为间接致突变作用，即需要在体内代谢活化后，才具有致突变作用。体内试验具有完整的活化系统，而体外试验那么通过参加模拟代谢系统，如S9来弥补缺乏活化系统的缺乏。这是体内与体外试验的主要差异。,化学毒物的致突变性有强，也有弱；有的在某一检测系统中是强致突变物，而在另一系统中可能是弱的致突变物。对于弱致突变物在某些系统中比较容易漏检，即出现假阴性。,28,2成套的观察工程,关于遗传毒理学成套观察工程中那些试验可入选的原那么有：,选择的遗传毒性试验应包括5种类型的遗传学终点。,通常的实验材料有病毒、细菌、真菌、培养的哺乳细胞、植物、昆虫及哺乳动物等。,体内试验与体外试验配合。,应包括生殖细胞和体细胞。,通常，对于一种受试物应领先用原核细胞或体细胞的体外试验按遗传学终点合理配套进展试验，并对有阳性结果的遗传学终点验证其在体内的真实性，再行选用生殖细胞致突变试验进展遗传危害的评价。,观察化学毒物致突变作用的根本方法,29,二、常用的致突变试验,(一)细菌回复突变试验(,Ames,试验),鼠伤寒沙门氏菌原养型,(his,+,),组氨酸营养缺陷型突变株。(,his,-,),正向突变,回复突变,代谢活化系统,受试物,观察化学毒物致突变作用的根本方法,30,二、常用的致突变试验,(二)微核试验,微核(Micronucleus)的产生与染色体损伤有关，是染色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝受损伤而丧失的整个染色体，在细胞分裂后期遗留在细胞质中，末期之后，单独形成一个或几个规那么的次核，包含在子细胞的胞质内，因比主核小，故称微核。在细胞质中微核来源有二：断片或无着丝粒染色体在细胞分裂后期不能定向移动，而遗留在细胞质中；有丝分裂毒物的作用使个别染色体或带苔丝粒的染色体环和断片在细胞分裂后期被留在细胞质中。微核试验(Micronucleus test，MNT)是观察受试物能否产生微核的试验。其主要可检出DNA断裂剂和非整倍体诱变剂。,观察化学毒物致突变作用的根本方法,31,观察化学毒物致突变作用的根本方法,(二)微核试验,32,MN,NCE,观察化学毒物致突变作用的根本方法,33,二、常用的致突变试验,(三)染色体畸变分析,(四)姐妹染色单体交换试验SCE,观察化学毒物致突变作用的根本方法,34,二、常用的致突变试验,(五)果蝇伴性隐性致死试验,(六)显性致死试验,(七)程序外,DNA,台成试验,(八)转基因动物致突变试验,(九)哺乳动物细胞基因突变试验,观察化学毒物致突变作用的根本方法,35,三、致突变试验中的一些问题,(一)阴性和阳性对照的设立,1阴性对照 它是空白对照，即不加任何处理。或者是溶剂对照。阴性对照除了无处理因素外，与实验组完全一样。其目的是获得实验的根底数据。例如，Ames试验的阴性对照可了解所用的细菌的自发回复突变率；证实除处理因素外无任何使回复突变率增加或减少的因素。,2阳性对照 是用某种能产生阳性反响的物质作为对照。其目的是通过对阳性物质的试验证明实验方法的可靠；验证实验者在本实验条件下，完成技术和鉴定致突变物的能力；证实经一段时间后，本实验的重复性。例如，Ames试验中阳性对照未出现阳性结果，应考虑突变菌株可能发生问题，另一种可能是代谢活化能力缺乏。所以，当阳性对照结果未呈阳性，其实验组的实验数据可靠性亦大大降低。,观察化学毒物致突变作用的根本方法,36,三、致突变试验中的一些问题,(二)体外试验的活化系统,1哺乳动物细胞介导 使用完整的细胞，特别是大鼠肝原代细胞，与测试细菌或细胞一起培养。这也是一种活化系统。它有完整的细胞构造和各种酶及内源性辅助因子，代谢能力优于无细胞系统如S9，但不如体内活化系统。,2S9 S9指经酶诱导剂处理后制备的肝匀浆，再经9000g离心别离所得上清液，加上适当的缓冲液和辅助因子。它主要含有混合功能氧化酶(MFO)，是国内常规应用于体外致突变试验的代谢活化系统，其缺点是S9随实验动物种属或器官不同而有差异；S9含有的大量亲核物质有可能影响试验的敏感性。,3纯化酶和基因工程 应用纯化细胞色素P-450、谷胱苷肽转移酶及过氧化物水解酶，可严格控制代谢产物诱发突变的条件，但技术难度大。利用基因工程，将人的细胞色素P-450基因，插入组合细胞内，用上述细胞进展致突变试验，使细胞具有代谢活化系统。,观察化学毒物致突变作用的根本方法,37,三、致突变试验中的一些问题,(三)致突变试验与致癌试验的关系,大多数