DNA的损伤修复ppt课件.pptx

生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学 生物化学与分子生物学第十五章第十五章 DNA损伤与修复损伤与修复汕头大学医学院汕头大学医学院谢剑谢剑君君、李恩民李恩民第一节第一节 DNADNA损伤损伤第二节第二节 DNADNA损伤的损伤的修复修复第三节第三节 DNADNA损伤和修复的损伤和修复的意义意义第一节第一节DNA损伤n多种多种体内外因素所引起的机体细胞体内外因素所引起的机体细胞DNA分子的组成与结构上的分子的组成与结构上的变化变化体内体内因素因素体外体外因素因素DNA复制错误复制错误化学因素化学因素生物因素生物因素物理因素物理因素DNA自身的不稳定性自身的不稳定性机体代谢过程中产生的活性氧机体代谢过程中产生的活性氧7CCCH3COOOOCCCCNNHCCH3NHNHRR胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体CH3NRNO活性甲基基团活性甲基基团甲基亚硝胺甲基亚硝胺苯并芘的诱变衍生物苯并芘的诱变衍生物OCHHCHCCHHOOH紫外线紫外线HNO2NH2OH (CH3 )嘧啶二聚体嘧啶二聚体形成形成碱基交换碱基交换C UA I 碱基碱基自发丢失自发丢失 碱基碱基化学修饰化学修饰脱氨基脱氨基O环氧化物环氧化物自由基自由基电离辐射电离辐射烷基化合物烷基化合物重重组组缺缺陷陷导导致致 的的D N A片片 段段 的的 缺缺陷陷 或或 插插 入入H、X碱基损伤与糖基破坏碱基损伤与糖基破坏碱基修饰，碱基环破裂碱基修饰，碱基环破裂糖基自由基反应糖基自由基反应碱基错配碱基错配非非AT与非与非CG间的碱基配对间的碱基配对DNA链共价交联链共价交联DNA链，链间交联链，链间交联DNA链与蛋白分子交联链与蛋白分子交联DNA链，链内交联链，链内交联DNA链断裂链断裂DNA链单链断裂链单链断裂DNA链双链断裂链双链断裂第二节第二节DNADNA损伤的损伤的修复修复修复系统类型修复系统类型修复对象修复对象参与修复的酶或蛋白参与修复的酶或蛋白1.1.1.1.光复活修复光复活修复光复活修复光复活修复 (直接修复直接修复直接修复直接修复)嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶二聚体光复活酶光复活酶光复活酶光复活酶2.2.2.2.碱基切除修复碱基切除修复碱基切除修复碱基切除修复受损的碱基受损的碱基受损的碱基受损的碱基DNADNADNADNA糖基化酶、无嘌呤糖基化酶、无嘌呤糖基化酶、无嘌呤糖基化酶、无嘌呤/无嘧无嘧无嘧无嘧啶核酸内切酶啶核酸内切酶啶核酸内切酶啶核酸内切酶3.3.3.3.核苷酸切除核苷酸切除核苷酸切除核苷酸切除修复修复修复修复嘧啶二聚体、嘧啶二聚体、嘧啶二聚体、嘧啶二聚体、DNADNADNADNA螺旋结构的改螺旋结构的改螺旋结构的改螺旋结构的改变变变变大肠杆菌中大肠杆菌中大肠杆菌中大肠杆菌中UvrAUvrAUvrAUvrA、UvrBUvrBUvrBUvrB、UvrCUvrCUvrCUvrC和和和和UvrDUvrDUvrDUvrD，人，人，人，人XPXPXPXP系列蛋白系列蛋白系列蛋白系列蛋白XPAXPAXPAXPA、XPBXPBXPBXPB、XPCXPGXPCXPGXPCXPGXPCXPG等等等等修复系统类型修复系统类型修复对象修复对象参与修复的酶或蛋白参与修复的酶或蛋白4.4.4.4.错配修复错配修复错配修复错配修复复制或重组中的复制或重组中的复制或重组中的复制或重组中的碱基配对错误碱基配对错误碱基配对错误碱基配对错误大肠杆菌中的大肠杆菌中的大肠杆菌中的大肠杆菌中的MutHMutHMutHMutH、MutLMutLMutLMutL、MutSMutSMutSMutS，人的，人的，人的，人的MLH1MLH1MLH1MLH1、MSH2MSH2MSH2MSH2、MSH3MSH3MSH3MSH3、MSH6MSH6MSH6MSH6等等等等5.5.5.5.重组修复重组修复重组修复重组修复双链断裂双链断裂双链断裂双链断裂RecARecARecARecA蛋白、蛋白、蛋白、蛋白、KuKuKuKu蛋白、蛋白、蛋白、蛋白、DNA-PKcsDNA-PKcsDNA-PKcsDNA-PKcs、XRCC4XRCC4XRCC4XRCC46.6.6.6.损伤跨越修复损伤跨越修复损伤跨越修复损伤跨越修复大范围的损伤或大范围的损伤或大范围的损伤或大范围的损伤或复制中来不及修复制中来不及修复制中来不及修复制中来不及修复的损伤复的损伤复的损伤复的损伤RecARecARecARecA蛋白、蛋白、蛋白、蛋白、LexALexALexALexA蛋白、其他类型蛋白、其他类型蛋白、其他类型蛋白、其他类型的的的的DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶嘧啶二聚体的光直接修复嘧啶二聚体的光直接修复烷基化碱基的直接修复烷基化碱基的直接修复无碱基位点的直接修复无碱基位点的直接修复DNA单链断裂的直接修复单链断裂的直接修复1234400nm400nm光子光子光子光子 次甲四氢叶酸次甲四氢叶酸次甲四氢叶酸次甲四氢叶酸 FADHFADH22 T-TT-TT+TT+Tn光复活酶光复活酶:n酶蛋白酶蛋白（54 000）/次甲四次甲四氢叶酸氢叶酸/FADH2光复活酶光复活酶光复活光复活酶作用酶作用机制机制6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤复原的结果复原的结果复原的结果复原的结果突变的结果突变的结果突变的结果突变的结果DNA复制复制DNA复制复制注释注释:DNA糖苷酶识别的异常碱基包括，胞嘧啶脱氨基糖苷酶识别的异常碱基包括，胞嘧啶脱氨基产生的尿嘧啶；产生的尿嘧啶；oxoG；脱氨基的腺嘌呤；开环碱基；碳；脱氨基的腺嘌呤；开环碱基；碳原子之间双键变成单键的碱基等。原子之间双键变成单键的碱基等。碱基切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复核苷酸切除修复碱基错配修复碱基错配修复（一种特殊的碱基切除修复方式）一种特殊的碱基切除修复方式）123碱基错碱基错配修复配修复 复制与重组中出现的碱基配对错误复制与重组中出现的碱基配对错误 因碱基损伤所致的碱基配对错误因碱基损伤所致的碱基配对错误 碱基插入碱基插入 碱基缺失碱基缺失基因基因染色体染色体定位定位mRNAmRNA（bpbp）蛋白蛋白（aaaa）主要主要功能功能细胞定细胞定位位组织分布组织分布MLH1MLH13p21.33p21.324842484756756错配错配修复修复细胞核细胞核大肠、乳腺、肺、大肠、乳腺、肺、脾、睾丸、前列脾、睾丸、前列腺、甲状腺、胆腺、甲状腺、胆囊、心脏囊、心脏MLH3MLH314q24.314q24.34895489514531453错配错配修复修复细胞核细胞核广泛，尤多见于广泛，尤多见于消化道上皮消化道上皮PMS1PMS12q31-332q31-3331213121932932错配错配修复修复细胞核细胞核与与MLH1MLH1组织分布组织分布一致一致基因基因染色体染色体定位定位mRNAmRNA（bpbp）蛋白蛋白（aaaa）主要主要功能功能细胞定位细胞定位组织分布组织分布PMS2PMS27p227p2228592859862862错配错配修复修复细胞核细胞核与与MLH1MLH1组织分布一组织分布一致致MSH2MSH22p22-212p22-2131813181934934错配错配修复修复细胞核细胞核广泛，在肠道表达广泛，在肠道表达多限于隐窝多限于隐窝MSH3MSH35q11-125q11-123187318711371137错配错配修复修复细胞核细胞核在非小细胞肺癌和在非小细胞肺癌和造血系统恶性肿瘤造血系统恶性肿瘤中表达减少中表达减少基因基因染色体染色体定位定位mRNAmRNA（bpbp）蛋白蛋白（aaaa）主要功主要功能能细胞定位细胞定位组织分布组织分布MSH4MSH41p311p3130853085936936染色体染色体重组重组细胞核细胞核睾丸、卵巢睾丸、卵巢MSH5MSH56p21.36p21.328832883834834染色体染色体重组重组细胞核细胞核广泛，尤在睾丸、广泛，尤在睾丸、胸腺和免疫系统胸腺和免疫系统中高表达中高表达MSH6MSH62p162p164263426313601360错配修错配修复复细胞核细胞核大肠杆菌大肠杆菌DNADNA复制中的碱基错配修复复制中的碱基错配修复长学制长学制长学制长学制生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学，第，第，第，第2 2版，版，版，版，图图图图16-20,33916-20,339页页页页n六种六种蛋白质的蛋白质的作用作用：nUvrA蛋蛋白白识识别别DNA双双螺螺旋旋结结构构变变形形位位点点；UvrB蛋蛋白白负负责责解解链链，同同时时募募集集核核酸酸内内切切酶酶UvrC；UvrC在在损损伤伤部部位位的的两两侧侧切切断断DNA链链；UvrD蛋蛋白白去去除除这这两两个个切切点点之之间间的的DNA片片段段；DNA聚聚合合酶酶负负责责填填补补缺缺口口；连连接接酶酶负负责责封封合合切口切口 转录偶联核苷酸切除修复转录偶联核苷酸切除修复l l转录偶联核苷酸切除修复，即在转录过程中，转录偶联核苷酸切除修复，即在转录过程中，转录偶联核苷酸切除修复，即在转录过程中，转录偶联核苷酸切除修复，即在转录过程中，当遇到当遇到当遇到当遇到DNADNA模板链上的损伤位点时，暂停转录，模板链上的损伤位点时，暂停转录，模板链上的损伤位点时，暂停转录，模板链上的损伤位点时，暂停转录，切除受损的核苷酸，填补缺口，修复切除受损的核苷酸，填补缺口，修复切除受损的核苷酸，填补缺口，修复切除受损的核苷酸，填补缺口，修复损伤损伤损伤损伤l l在真核生物转录偶联核苷酸切除修复中，发挥在真核生物转录偶联核苷酸切除修复中，发挥在真核生物转录偶联核苷酸切除修复中，发挥在真核生物转录偶联核苷酸切除修复中，发挥核心作用的是核心作用的是核心作用的是核心作用的是TFHTFHl l在在在在转转转转录录录录偶偶偶偶联联联联核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸切切切切除除除除修修修修复复复复中中中中，TFHTFH发发发发挥挥挥挥DNADNA解解解解旋旋旋旋酶酶酶酶的的的的作作作作用用用用；在在在在转转转转录录录录中中中中，TFHTFH同同同同样样样样发发发发挥挥挥挥DNADNA解解解解旋旋旋旋酶酶酶酶的的的的作作作作用用用用，打打打打开开开开DNADNA双双双双螺螺螺螺旋旋旋旋，暴暴暴暴露露露露模板模板模板模板 同源重组修复同源重组修复非同源末端连接重组修复非同源末端连接重组修复12RecAs，RecB/C/D受损的染色体受损的染色体正常的姐妹同源染色体正常的姐妹同源染色体染色体染色体双链断裂双链断裂（大肠杆菌）大肠杆菌）（酵母）（酵母）n哺乳动物细胞哺乳动物细胞DNA-PK/XRCC4/DNADNA-PK/XRCC4/DNA连接酶连接酶受损的染色体受损的染色体正常的非同源染色体正常的非同源染色体染色体染色体双链断裂双链断裂（生理性基因重组）（生理性基因重组）（免疫球蛋白编码基因重排）（免疫球蛋白编码基因重排）重组跨越损伤修复重组跨越损伤修复合成跨越损伤修复合成跨越损伤修复12pol IligaseRecA2.2.合成合成跨越损伤修复跨越损伤修复n原核生物大肠杆菌原核生物大肠杆菌Pol/第三节第三节DNADNA损伤和修复的损伤和修复的意义意义lDNA损损伤伤修修复复保保证证了了物物种种遗遗传传的的稳稳定定性性，对对防防止止DNA损损伤伤修修复复缺缺陷陷相相关关疾疾病病的的发发生生有重要有重要意义意义l研研究究DNA损损伤伤修修复复缺缺陷陷，有有助助于于揭揭示示某某些些相关疾病发病的分子相关疾病发病的分子机制机制l利利用用DNA损损伤伤修修复复系系统统变变异异，可可研研发发生生物物新品新品种种遗传性疾病遗传性疾病受影响的修复途径受影响的修复途径（基因）（基因）染色体损害染色体损害相关性癌肿相关性癌肿多发性结直肠多发性结直肠腺瘤腺瘤碱基切除修复（碱基切除修复（MYHMYH）点突变机率增加点突变机率增加结直肠癌结直肠癌着色性干皮病着色性干皮病（XPXP）核苷酸切除修复相关核苷酸切除修复相关基因基因点突变增加点突变增加皮肤癌皮肤癌科凯恩综合征科凯恩综合征转录合并修复（转录合并修复（CSACSA、CSBCSB等）等）点突变机率增加点突变机率增加无无遗传性非息肉遗传性非息肉结直肠癌结直肠癌错配修复（错配修复（MLH1MLH1、MSH2MSH2）点突变机率增加点突变机率增加结直肠癌结直肠癌遗传性疾病遗传性疾病受影响的修复途径受影响的修复途径（基因）（基因）染色体损害染色体损害相关性癌肿相关性癌肿家族性乳腺癌家族性乳腺癌/卵巢卵巢癌癌同源重组（同源重组（BRCA1BRCA1、BRCA2BRCA2）染色体异常染色体异常乳癌、卵巢癌乳癌、卵巢癌Ataxia Ataxia TelangiectasisTelangiectasis同源重组、非同源同源重组、非同源末端接合（末端接合（ATMATM）染色体异常染色体异常淋巴癌淋巴癌AT-like DisorderAT-like Disorder同源重组、非同源同源重组、非同源末端接合（末端接合（Mre11Mre11）染色体异常染色体异常淋巴癌淋巴癌Nijmegen Breakage Nijmegen Breakage SyndrmoeSyndrmoe同源重组、非同源同源重组、非同源末端接合（末端接合（NBS1NBS1）染色体异常染色体异常淋巴癌淋巴癌遗传性疾病遗传性疾病受影响的修复途径受影响的修复途径（基因）（基因）染色体损害染色体损害相关性癌肿相关性癌肿IVIV型黏合酶缺失症型黏合酶缺失症非同源末端接合非同源末端接合（lIG4lIG4）染色体异常染色体异常血癌血癌Bloom SyndromeBloom Syndrome同源性重组同源性重组（BLMBLM）染色体异常染色体异常血癌、血癌、淋巴癌淋巴癌Werner SyndromeWerner Syndrome同源性重组同源性重组（WRNWRN）染色体异常染色体异常各种癌症各种癌症Fanconi AnemiaFanconi Anemia同源性重组（同源性重组（FAFA相相关基因群）关基因群）染色体易断裂染色体易断裂血癌血癌n着色性干皮病相关基因着色性干皮病相关基因XPA、XPC、XPD、XPF和和XPG编码蛋白参与核苷酸编码蛋白参与核苷酸切除修复切除修复常染色体隐性常染色体隐性遗传遗传 Autosomal recessive 1 1亨廷顿氏症亨廷顿氏症7 7ATMATM基因基因 2 2脆性脆性X X染色体综合征染色体综合征 8 8柯卡尼综合征柯卡尼综合征 3 3肌强直性营养不良肌强直性营养不良1 1型型 9 9范可尼贫血范可尼贫血 4 4科凯恩氏综合症科凯恩氏综合症 1010早老症早老症 5 5有有关关人人毛毛发发二二硫硫键键营营养养不不良良症症相相关关蛋蛋白白TTDATTDA发发现现的的科学故事科学故事 1111DNADNA损伤修复研究损伤修复研究早期简史早期简史 6 6共济失调共济失调-毛细血管扩张症毛细血管扩张症 1212沃纳综合征沃纳综合征