DNA损伤与修复和染色质维护_精品文档PPT文件格式下载.ppt

1、DNA损伤与修复和染色质维护损伤与修复和染色质维护第第5章：翻译后水平的蛋白质修饰章：翻译后水平的蛋白质修饰*（我们课程安排的目录）（我们课程安排的目录）第第4章：DNA损伤与修复和损伤与修复和染色质组装与维护染色质组装与维护第一节第一节DNA损伤的修复及其他响应系统损伤的修复及其他响应系统第二节第二节染色质组装与染色质组装因子染色质组装与染色质组装因子第三节第三节RecQ螺旋酶和螺旋酶和CAF-1与基因组稳定性与基因组稳定性l细胞中的细胞中的DNA包含着完整的遗传信息，真核生物包含着完整的遗传信息，真核生物DNA与组蛋与组蛋白相互作用形成高度有序的染色质。白相互作用形成高度有序的染色质。DN

2、A与染色质在配子与与染色质在配子与合子形成、以及之后个体生长发育的细胞活动与基因表达过合子形成、以及之后个体生长发育的细胞活动与基因表达过程中，都处于一种动态变化。程中，都处于一种动态变化。l正常细胞具有一整套修复正常细胞具有一整套修复DNA损伤和染色质维护系统，以维损伤和染色质维护系统，以维持基因组稳定与持基因组稳定与DNA的完整，确保遗传信息准确无误地传至的完整，确保遗传信息准确无误地传至下一代，以及细胞功能的正常执行。下一代，以及细胞功能的正常执行。lDNA损伤及其修复与染色质组装及其维持，都直接损害基因损伤及其修复与染色质组装及其维持，都直接损害基因组的稳定性。基因组的稳定性遭到破坏，

3、会导致多种遗传、组的稳定性。基因组的稳定性遭到破坏，会导致多种遗传、代谢性疾病或肿瘤的发生。因此对基因组稳定性调控和代谢性疾病或肿瘤的发生。因此对基因组稳定性调控和DNA修复机制的研究，是生物医学科学的重要领域。修复机制的研究，是生物医学科学的重要领域。第一节第一节DNA损伤的修复及其他响应系统损伤的修复及其他响应系统一、一、DNA损伤（损伤（DNAdamage）uDNA损伤即损伤即DNA分子物质的损伤。分子物质的损伤。生物体细胞中的生物体细胞中的DNA每时每每时每刻都在遭受着损伤，有研究估测人的刻都在遭受着损伤，有研究估测人的每细胞每天会有每细胞每天会有1100万个万个的分子伤害的分子伤害，

4、虽然即便是，虽然即便是100万个的分子伤害近相当于人基因组万个的分子伤害近相当于人基因组的的百万分分之百万分分之1.65（按人的双倍体基因组的含（按人的双倍体基因组的含60亿对碱基推算）。亿对碱基推算）。但如果有伤害发生在关键的基因但如果有伤害发生在关键的基因（如抑癌基因如抑癌基因）而未能修复，就会而未能修复，就会障碍细胞执行其应有的能力，障碍细胞执行其应有的能力，并明显增加形成肿瘤的可能性和有并明显增加形成肿瘤的可能性和有利于肿瘤异质性。利于肿瘤异质性。因素因素体内：体内：DNA复制与染色质组装错误、自发性损伤、代谢复制与染色质组装错误、自发性损伤、代谢副产物副产物如活性氧物质如活性氧物质R

5、OS、自由基等。、自由基等。环境：物理因素：如物理因素：如X、射线，紫外线，亚原子微粒等射线，紫外线，亚原子微粒等化学因素：直接致癌或间接致癌的化学物质等化学因素：直接致癌或间接致癌的化学物质等生物因素：病毒、霉菌等生物因素：病毒、霉菌等u机体内与体外环境中有多种因素可以导致机体内与体外环境中有多种因素可以导致DNA的不同损伤。的不同损伤。（1）碱基缺失碱基缺失（baseloss）DNA上的脱氧核糖和碱基的糖苷键上的脱氧核糖和碱基的糖苷键在生理条件下并不太稳定，哺乳动物在生理条件下并不太稳定，哺乳动物细胞中每天会有几千个嘌呤和几百个细胞中每天会有几千个嘌呤和几百个嘧啶的自然缺失，产生嘧啶的自然

6、缺失，产生无嘌呤或无嘧无嘌呤或无嘧啶位点啶位点（APsite,apurininc/apyrimidicsite）（thermaldisruptiondepurination）图图5-1碱基缺失碱基缺失uDNA损伤的类型损伤的类型包括碱的基缺失、修饰、错误；包括碱的基缺失、修饰、错误；DNA链链间和分子的交联；以至于间和分子的交联；以至于DNA单、双链单、双链的断裂等类型。的断裂等类型。（2）碱基修饰碱基修饰（basemodification）主要主要3类类图图5-2脱氨反应脱氨反应AICU213465（CH3）（5mC）（T）（NH2）（CH3）（5-methyl-）（thymidine）（g

7、uanine）（G）脱氨基脱氨基:核酸碱基上的氨基也有些不稳定，核酸碱基上的氨基也有些不稳定，胞嘧啶胞嘧啶C4脱氨基脱氨基：CU），5mCT。发生率：每单倍体基因组每天以这种方式产生大约。每单倍体基因组每天以这种方式产生大约100个尿嘧个尿嘧啶。啶。其他的脱氨基反应包括腺嘌呤其他的脱氨基反应包括腺嘌呤（A）或鸟嘌呤或鸟嘌呤（G）转变为次黄嘌呤转变为次黄嘌呤（I）（hydrolysisofbases）化学修饰化学修饰:DNA可以被可以被很多很多化学修饰化学修饰。细胞氧化代谢过程中，或细胞。细胞氧化代谢过程中，或细胞受到电离辐射作用后受到电离辐射作用后会产生会产生图图5-3氧化修饰氧化修饰除活性氧

8、外，环境中的许多化学物质是除活性氧外，环境中的许多化学物质是烷化剂烷化剂，可以使，可以使DNA加上甲加上甲基或其他烷基基团，哺乳动物二倍体基因组每天可以产生好几千个烷化基或其他烷基基团，哺乳动物二倍体基因组每天可以产生好几千个烷化的碱基。的碱基。（alkylation）一些一些活性氧活性氧（纯态氧、过氧（纯态氧、过氧化氢物自由基、过氧化氢，化氢物自由基、过氧化氢，羟自由基），活性氧能对碱羟自由基），活性氧能对碱基进行化学修饰，最普通的基进行化学修饰，最普通的例子是例子是胸腺嘧啶变成胸腺乙胸腺嘧啶变成胸腺乙二醇二醇（图（图5-3）（oxidation）。光损伤光损伤:细胞受到细胞受到X光、紫外线

9、光、紫外线照照射后，其能量能使射后，其能量能使DAN发生一些化发生一些化学反应，最常见的是学反应，最常见的是产生一个新的产生一个新的化学键而形成环丁烷嘧啶二聚体化学键而形成环丁烷嘧啶二聚体（cyclobutanepyrimidinedimers，CPDs）,其中其中T-TCPDs最常见，最常见，T-C/C-T其次，其次，C-C较少。（图较少。（图5-4）图图5-4胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体ThymineDimer（3）复制错误复制错误（replicationerrors）尽管尽管DNA聚合酶非常精确，而且大多数复制过程中产生的错误都会被迅聚合酶非常精确，而且大多数复制过程中产生的错误都会被迅

10、速消除，但复制系统并非完美，速消除，但复制系统并非完美，DNA复制过程仍然会产生碱基的错配、复制过程仍然会产生碱基的错配、插入或丢失的错误。插入或丢失的错误。（4）链间交联链间交联（interstrandcrosslinks，ICLs）指不同指不同DNA链上的链上的碱基间碱基间发生连接，主要由一些双功能烷化剂如补骨脂发生连接，主要由一些双功能烷化剂如补骨脂素素（psoralens）引起，引起，UV照射与电离辐射也会导致链间交联照射与电离辐射也会导致链间交联（5）DNA-蛋白交联蛋白交联（DNA-proteincrosslinks）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶在催化反应时会与在催化反应时会与DNA

11、之间形成共价键，通常这种共价之间形成共价键，通常这种共价键是瞬时可逆的，但偶然也会发生这个共价键没及时断开而形成键是瞬时可逆的，但偶然也会发生这个共价键没及时断开而形成DNA与与蛋白之间稳定的交联。蛋白之间稳定的交联。（6）DNA断裂断裂（DNAstrandbreaks）正常细胞代谢过程正常细胞代谢过程中，拓扑异构酶、核酸酶、复制叉的崩溃中，拓扑异构酶、核酸酶、复制叉的崩溃（collapse）和和一些修复过程一些修复过程中都可能产生中都可能产生DAN单链或双链的断裂，但发生的概率特别单链或双链的断裂，但发生的概率特别低。低。较强的电离辐射较强的电离辐射可导致可导致DNA断裂。断裂。二、二、DN

12、A损伤的修复（损伤的修复（DNArepair）u所用生物大分子中只有所用生物大分子中只有DNA损伤后会进行修复，其他的大损伤后会进行修复，其他的大分子损伤后都只是被新的分子替代。细胞可以检测分子损伤后都只是被新的分子替代。细胞可以检测DNA损伤造成的双螺旋空间构象变化，并根据对损伤造成的双螺旋空间构象变化，并根据对DNA的双螺的双螺旋结构造成损害的类型，采用不同的机制修复损伤：旋结构造成损害的类型，采用不同的机制修复损伤：1）在在可能的情况下，细胞会使用的未经修改的互补单链可能的情况下，细胞会使用的未经修改的互补单链DNA或姐妹的染色单体为模板，以恢复原始信息。或姐妹的染色单体为模板，以恢复原

13、始信息。2）在无模板在无模板可用的请况下，细胞使用某种可用的请况下，细胞使用某种“跨损伤合成跨损伤合成”（translesionsynthesis）的机制作为最后的手段。的机制作为最后的手段。uDNA修复的机制根据修复方式的不同可分为四大类：修复的机制根据修复方式的不同可分为四大类：（一）直接修复（一）直接修复（directreversal）（二）切除修复（二）切除修复（excisionrepair）（三）双链断裂修复（三）双链断裂修复（DNAdouble-strandbreakrepair）（四）损伤旁路（四）损伤旁路（damagebypass）（一）直接修复（一）直接修复（directre

14、versal）直接修复就是将受损伤的直接修复就是将受损伤的DNA通过生化反应通过生化反应直接逆转直接逆转为正常的为正常的DNA分子。已发现有分子。已发现有三三种方式：种方式：MTHF和和8-HDF光能的光能的接受基团接受光，能随接受基团接受光，能随后将能量转后将能量转FADH-，CPD光合裂解酶利用光合裂解酶利用FADH-上的能量将二上的能量将二聚体解聚为单体聚体解聚为单体（图图5-5）图图5-5CPD光修复模式图光修复模式图（1）CPD光合裂解酶介导的对光合裂解酶介导的对CPDs的光修复的光修复（photoreactivation）：CPD光解酶光解酶（photolyase）含有两个生色团负

15、责吸收光能。有一个是在所有的光合裂含有两个生色团负责吸收光能。有一个是在所有的光合裂解酶的生色团是共有的，即解酶的生色团是共有的，即FADH2-（1,5-二氢黄素二氢黄素腺嘌呤二核苷酸腺嘌呤二核苷酸），而另外的一，而另外的一个生色团是个生色团是MTHF（次甲基次甲基-四叶酸四叶酸）或或8-HDF（8-羟基羟基-5-去氮杂核黄素去氮杂核黄素）。（300500nm）CPD光合裂解酶在细菌、光合裂解酶在细菌、真菌、植物和其他的脊真菌、植物和其他的脊椎动物中都广泛存在，椎动物中都广泛存在，但是在胎盘哺乳动物中但是在胎盘哺乳动物中并没有发现。并没有发现。（2）甲基鸟嘌呤甲基转移酶）甲基鸟嘌呤甲基转移酶（

16、MGMT）介导的修复介导的修复这是一种这是一种修复修复DAN鸟嘌呤甲基化鸟嘌呤甲基化损害的方式。损害的方式。MGMT（methylguaninemethyltransferaseO6-methylguanineDNAmethyltransferase）将将甲甲基鸟嘌呤的基鸟嘌呤的甲基转移到半胱氨酸甲基转移到半胱氨酸上，从而将此种烷基化损害修复。上，从而将此种烷基化损害修复。Demethylationof6-O-MethylguanosinetoGuanosine（O6mGG）MGMT这种修复牺牲以这种修复牺牲以MGMT为代价，因为，一旦烷基基团转到这种烷基转移酶为代价，因为，一旦烷基基团转到这种烷基转移酶上，那么它将永久地失去活性。所以上，那么它将永久地失去活性。所以MGMT介导反应并非真正意义上的酶介导反应并非真正意义上的酶