2014年毒理突变张老师

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1、郑州大学公共卫生学院 毒理学教研室 张 巧 ,毒理学基础 第七章 外源化学物致突变作用,2,遗传与变异的普遍性 突变：变异的原因之一，起源于基因或染色体。 分自发突变 spontaneous mutation和诱发突变 induced mutation,第一节、概 述,3,突变：自发突变和诱发突变(induced mutation) 20世纪60年代，产生了遗传毒理学（genetic toxicology）：研究化学物质和放射性物质的致突变作用以及人类接触致突变物可能引起的健康效应，即是诱发突变带来的危害。,第一节、概 述,4,致突变作用（mutagenesis）：外来因素引起细胞核中的遗传物

2、质发生的可随细胞分裂而传递的改变，这种突变的发生及过程称为致突变作用。,突变的概念,5,遗传毒性（ genetic toxicity）：外界因素对基因组的损害能力，包括对基因组的毒作用引起的致突变性及其他各种不同的效应。致突变性（mutagenicity）指引起遗传物质发生突变的能力。在一个试验群体中，突变率可以定量检测。,突变的概念,6,致突变物（mutagen） 诱变剂 （mutagen） 遗传毒物 （genotoxic agent）能够引起突变的物质。,突变的概念,7,一、基因突变二、染色体畸变三、非整倍体和多倍体,第一节 突变的类型,8,1. 借助光学显微镜可以观察到的为染色体畸变（结

3、构和数目）。 2. 借助光学显微镜不能观察到的称基因突变。 光学显微镜分辨率0.2m,4.7106 核苷对，由此可分为分子水平和细胞水平。 基因突变亦称点突变，通过表型或分子生物学手段观察。,突变可分为：,9,某一碱基性能改变或脱落所致的突变。 如错误配对 正常A-T、G-C 转换 transition： 嘌呤换嘌呤,嘧啶换嘧啶。 颠换 transversion:嘌呤换嘧啶,嘧啶换嘌呤。,一、基因突变,1.碱基置换(base substitution),10,发生一对或几对（3对除外）的碱基减少或增加，从受损点开始读码框完全改变，形成错误密码，转译为不正常的氨基酸。 后果：,一、基因突变,2.

4、移码突变（frameshift mutation）：,11,染色体畸变（chromosome aberration）染色体的结构改变，需要在M期进行观察。,染色单体型畸变 (chromatid-type aberration),染色体型畸变 (chromosome-type aberration),二、染色体畸变,12,染色体结构的异常通常是染色体或染色单体断裂所致。（break）,1.缺失（deletion）：染色体上丢失了一个片段。2.重复（duplication）：在一套染色体里，一个片段出现不止一次。,二、染色体畸变,13,3.倒位（inversion）：某一染色体两次断裂后，其中间段

5、倒转180度重接。,臂间倒位 pericentric inversion颠倒的片断包括着丝点。,臂内倒位 paracentric inversion颠倒的片断不包括着丝点。,二、染色体畸变,14,4.易位（translocation）：从一对染色体断 下的节段接到另一对染色体上称为易位。,相互易位：reciprocal translocation 两个非同源染色体片断的交换。,非相互易位: non-reciprocal translocation其中一个非同源染色体出现缺失。,二、染色体畸变,15,1.非整倍体（aneuploidy）：比二倍体多或少一条 或多条染色体。 （1） 缺体：少一对同

6、源染色体。 （2） 单体：少一条同源染色体。 （3） 三体：多一条同源染色体。 （4） 四体：多一对同源染色体。,三、染色体数目异常,16,三、染色体数目异常,2.多倍体 (polyploidy) : 染色体数目成倍增加。大于二倍体的整倍体畸变，称为多倍体。三倍体 四倍体,17,直接以DNA为靶的诱变： 引起突变的DNA变化 不以DNA为靶的诱变（纺锤丝抑制、对酶促过程的作用） ： 引起突变的细胞分裂过程的改变 其他改变 以DNA合成、复制和修复相关的酶为靶,第三节 化学毒物致突变作用机制及后果,18,（1）. 碱基错配 烷化剂(alkylating agent) ：对DNA和蛋白质都有强烈烷

7、化作用的物质。如烷基硫酸酯、N-亚硝基化合物，可提供烷基与DNA共价结合，产生烷化作用。,1. 碱基损伤,一、引起突变的DNA变化,19,（1）. 碱基错配鸟嘌呤的N7烷化有正常配对特性， 其O6烷化易引起G：CA：T转换。 此外，烷化还可改变DNA二级结构，刺激碱基丧失，形成AP位点，多引起颠换。,1. 碱基损伤,20,（2）.平面大分子嵌入DNA链 大分子以静电形式通过吸附作用而嵌入DNA单链的碱基之间或双链的核苷酸之间。由于其长度恰好是DNA单链相邻碱基距离的2倍，无论对新合成的互补链上嵌入或是对模板链上两碱基间的嵌入，都会造成少一个或多一个碱基的情况，从而造成移码突变。 （9-amin

8、oacridine 9-氨基吖啶）,1. 碱基损伤,21,（3）.碱基类似物取代 如 5-溴脱氧尿嘧啶核苷与胸腺嘧啶结构相似，取代胸腺嘧啶T与腺嘌呤A配对。 其异构体还可以与鸟嘌呤G配对。,1. 碱基损伤,22,（4）.碱基的化学结构改变或破坏碱基被氧化，改变核苷酸化学组成（亚硝酸盐的氧化性脱氨）DNA链断裂.自由基的作用(甲醛在体内形成活性氧ROS或自由基),1. 碱基损伤,23,1.非整倍体形成原因： 同源染色体不能适当分离 2.多倍体形成原因： （1）染色单体不分离； （2）配子为二倍体； （3）一卵多精。,二、引起突变的细胞分裂过程的改变,24,机制：多与纺锤体有关 （1）与微管蛋白二

9、聚体（构成纺锤体的基本成分）结合，如秋水仙素 （2）与微管上的巯基结合，致癌物常与之特异性结合，抑制分裂 （3） 微管破坏 （4） 中心粒移动受阻,二、引起突变的细胞分裂过程的改变,25,与DNA合成、复制、修复有关的酶系统受到损伤，与基因组稳定性和基因表达调控相关的酶和蛋白质的破坏, 均可影响DNA 高保真复制、基因表达调控、机体的自身修复等。可诱发基因突变或染色体畸变。,三、其他改变,26,1致死性突变： (1)显性:不能受精,着床前或着床早期死亡; (2)隐性:纯合或半合子死亡。 2非致死性突变 ： (1)显性:遗传发病率增加，新病种出现； (2)隐性:遗传负荷增加。,（一）、生殖细胞突

10、变,四、突变的后果,27,基因库：某一物种在特定时期 中能将遗传信息传至下一代的处于生育年龄的群体所含有的基因总和。遗传负荷：指一种物种的群体中每一个体携带的可遗传给下一代的有害基因的平均水平。,（一）、生殖细胞突变,四、突变的后果,28,1.致癌 2.致畸（胚胎体cell突变） 3.动脉粥样硬化 4.衰老,（二）体细胞突变,四、突变的后果,29,人体细胞数1014个，每个细胞内DNA每日出现的损伤数可达4000之多。 损伤后可出现下列情况: (1).严重时导致cell death;(2).损伤被修复;(3).引起突变.,第四节 机体对致突变作用的影响,30,直接修复,切除修复,一、DNA损伤

11、修复,错配修复,双链断裂修复,交联修复,31,针对：UV损伤所产生的胸腺嘧啶二聚体 依赖：光裂合酶（photolyase） 机制：紫外线或短波可见光的能量对嘧啶二聚体进行单体化，达到修复目的，光复活可一步完成，人类光裂合酶主要存在于淋巴细胞和成纤维细胞之中。,（一）光复活（photoreactivation）,32,依赖一种特殊专一作用的蛋白烷基转移酶的作用，将结合在嘌呤上的烷基转移下来，使嘌呤恢复正常结构。 如O6甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶（MGMT）。 在烷化剂对嘌呤烷化作用的同时，可诱导细胞产生这种蛋白。如烷化剂MNNG ( N39-甲基-N-硝基-N-亚硝基呱)，即有此种作用。,属于复

12、制前修复,（二）、“适应性”反应,33,核苷酸切除修复 ( Nucleotide excision repair, NER ) 泛基因组核苷酸切除修复 (global genome NER, GG-NER ) 识别损伤 在解螺旋酶（helicase）作用下，打开受损DNA双链，内切酶除去受损的寡核苷酸链； 在修复聚合酶作用下，以对应的DNA链为模板，合成新链； 再由DNA连接酶封闭, 恢复原有的DNA序列。,(三）、切除修复（excision repair）,34,碱基切除修复（ Base excision repair, BER）DNA糖苷酶（DNA glycosylase）识别异常碱基，切

13、断碱基与脱氧核糖连接的键，使受损碱基脱落，产生一个无嘌呤或无嘧啶位点（AP），AP内切酶切断DNA链，聚合酶及连接酶完成修复过程较核苷酸切除修复特异性强。,(三）、切除修复（excision repair）,35,转录偶联修复（transcription-coupled repair, TCR-NER ）哺乳动物细胞内存在一种与基因转录活性状态相关联的核苷酸切除修复，TCR-NER活性转录链/基因的核苷酸切除效率优于非转录链/基因的修复。,(三）、切除修复（excision repair）,36,识别并除去错配的碱基对。 如 G:T， A:C。 错配碱基的识别 修复蛋白的募集 切除含错配碱基的

14、DNA链 修补合成,(四）、错配修复（mismatch repair）,37,复制后修复（post replication repair，PRR）达不到完全恢复，只能通过填补损伤部位，使复制继续进行，但损伤部位仍然存在，是一种耐受过程，以保证细胞生存。,（五）、双链断链修复,38,跨越损伤修复机制： DNA聚合酶转换机制 模板转换机制同源重组 DNA双链断裂修复 同源重组修复( homologous recombinaion, HR) 非同源末端连接( non-homologous end-joining, NHEJ),（五）、复制后修复,39,无误交联修复：易误交联修复,（六） 、交联修复,

15、交联修复：在糖基酶的催化下解开交联的一条臂，降解双螺旋，使链内交联转变为链内二核苷酸加合物，再切除修复。,40,呼救性修复 （ SOS repair ）为紧急修复 是指DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式. 修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生存率 但留下的错误较多，故又称为易错修复(error-prone repair),使细胞有较高的突变率。,（七）、 呼救性修复,41,用国际通用呼救密码（save our soul）来表示，称为SOS修复系统。特点： 诱导修复 明显误差,高频突变 多基因参与: recA, lexA, recB, recC,（七）、

16、呼救性修复,42,以上所述为DNA损伤后的修复，只要修复无误，则突变就不会发生若修复错误或未经修复，则损伤就固定下来，并可通过细胞分裂传递，于是发生了突变因此诱发突变是一个可修复控制的过程，失控才真正发生mutation。,summary,DNA损伤的修复,43,（一）代谢酶遗传多态性,遗传多态性是一个衡量遗传变异的数据，即群体中多态基因的比例。 标准：最常见等位基因频率不超过0.99。 意义：不同个体对致突变作用的敏感性不同。,二、遗传因素对致突变作用的影响,44,（一）代谢酶遗传多态性,1氧化代谢酶 P-450AHH（芳烃羟化酶）能催化PAHs活化，可分高诱导表型和低诱导表型 2酯酶：活性有个体差异 eg 环氧水化酶（EH）双重作用：（1）活化酶、B（a）P代谢 （2）解毒酶3GST 具有多态性，为体内重要解毒酶系之一。,二、遗传因素对致突变作用的影响,