遗传毒理学-1

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1、遗传毒理学遗传毒理学Genetic ToxicologyGenetic Toxicology 北京大学公共卫生学院毒理学系北京大学公共卫生学院毒理学系郝郝 卫卫 东东遗传毒理学遗传毒理学 (Genetic Toxicology )(Genetic Toxicology )是研究化学、物理因素对遗传物质（是研究化学、物理因素对遗传物质（DNADNA）及活细）及活细胞遗传过程的作用，以及人类接触致突变物可能引胞遗传过程的作用，以及人类接触致突变物可能引起健康效应的学科。起健康效应的学科。 遗传毒理学主要研究致突变遗传毒理学主要研究致突变的作用机理，应用检测系统发现和探究致突变物，的作用机理，应用检

2、测系统发现和探究致突变物，提出评价致突变物健康危害的方法。提出评价致突变物健康危害的方法。n n 遗传毒性（遗传毒性（genetic toxicitygenetic toxicity）指对基因组的损害能力）指对基因组的损害能力， 包括对基因组毒作用引起的致突变性及其他不同效应。包括对基因组毒作用引起的致突变性及其他不同效应。n n 致突变性（致突变性（mutagenicitymutagenicity）指引起遗传物质发生突变的）指引起遗传物质发生突变的 能力，在一个实验群体中突变率可以定量检测。遗传毒能力，在一个实验群体中突变率可以定量检测。遗传毒 性的概念更为广泛，它包括致突变性。性的概念更为

3、广泛，它包括致突变性。突变突变 (mutation)(mutation)：遗传结构本身的变化及引起的变遗传结构本身的变化及引起的变异，是遗传物质的一种可遗传的变异异，是遗传物质的一种可遗传的变异。 自发突变自发突变(spontaneous mutation)(spontaneous mutation) 诱发突变诱发突变( (induced mutation)induced mutation) 化学致突变作用化学致突变作用 (chemical mutagenesis)(chemical mutagenesis) 诱变剂诱变剂 ( (mutagen)mutagen) 直接诱变剂直接诱变剂 ( (d

4、irect-acting mutagen)direct-acting mutagen) 间接诱变剂间接诱变剂 (indirect-acting mutagen(indirect-acting mutagen) ) 死亡 中毒，患病 亚临床变化 体内过量负荷 致突变作用 致癌作用毒作用效应谱 (spectrum of toxic effects) 药物遗传毒性评价药物遗传毒性评价致突变作用的分类致突变作用的分类 基因突变（gene mutation) base-pair substitution mutation frame shift mutation 染色体突变 (chromosome mu

5、tation) chromosome aberration chromatrid aberration 基因组突变 (genomic mutation) aneuploid euploidATCGGCGTGACGATCATATAT致突变作用的分类致突变作用的分类 基因突变（gene mutation) base-pair substitution mutation frame shift mutation 染色体突变 (chromosome mutation) 基因组突变 (genomic mutation) 致突变作用的分类致突变作用的分类 基因突变（gene mutation) 染色体突变

6、 (chromosome mutation) chromosome aberration chromatrid aberration 基因组突变 (genomic mutation) aneuploid euploid致突变作用的分类致突变作用的分类 基因突变（gene mutation) 染色体突变 (chromosome mutation) 基因组突变 (genomic mutation) aneuploid euploid不同物种动物的染色体数目不同物种动物的染色体数目 物种 体细胞(2n) 性细胞(n) 物种 体细胞(2n) 性细胞(n) 人 46 23 猫 38 19 大鼠 42 2

7、1 兔 44 22 小鼠 40 20 狗 78 39致突变作用机制致突变作用机制 基因突变、染色体畸变基因突变、染色体畸变 DNADNA损伤损伤 非整倍体、整倍体非整倍体、整倍体 有丝分裂或减数分裂器损伤有丝分裂或减数分裂器损伤致突变作用机制致突变作用机制 基因突变、染色体畸变基因突变、染色体畸变 DNADNA损伤损伤 非整倍体、整倍体非整倍体、整倍体 有丝分裂或减数分裂器损伤有丝分裂或减数分裂器损伤对纺锤体的毒作用机制对纺锤体的毒作用机制 与微管蛋白二聚体结合，妨碍微管的正确组装，发生细胞分裂完全抑制。如秋水仙碱、长春花碱、长春新碱等。 与微管上的巯基结合，细胞分裂不完全抑制。如铅、锌、汞、

8、砷等。 破坏已组装好的微管。如灰黄霉素、秋水仙碱、乙酰甲基秋水仙碱、长春花碱可导致组装好的微管解聚；毛地黄皂苷能通过非特异的蛋白质变性作用而破坏微管；异丙基N氨基甲酸苯酯和其它氨基甲酸酯能使微管失去定向能力。 妨碍中心粒移动。秋水仙碱能妨碍有丝分裂早期两对中心粒的分离和移向两极。DNA 损 伤DNA 损 伤 感 受 器DNA修复转录应答DNA损伤关卡凋亡DNA损伤修复途径直接修复 光复活 嘧啶二聚体、6-4光化合物 O6-甲基鸟嘌呤 DNA甲基转移酶修复- O6-甲基鸟嘌呤切除修复 碱基切除修复 嘧啶二聚体，氧化损伤，辐射、烷化剂引起的损伤 核苷切除修复 底物范围宽 错配碱基修复 错配碱基双链

9、断裂修复 同源重组 双链断裂 非同源末端连接 双链断裂交联修复 DNA链内交联估计的人类内源性DNA损伤和修复过程 损伤类型 损伤发生率 最大修复速度 脱嘌呤 1 000 a 脱嘧啶 55 a 胞嘧啶脱氨 15 a 单链断裂 5000 2105 N7甲基化鸟嘌呤 3500 a O6甲基化鸟嘌呤 130 104 氧化性产物 120 105注：损伤发生率以每小时每细胞发生次数计，最大修复速度以每小时每细 胞修复的碱基对数计，a指虽已测出实际的值，但估计最大修复速度 为发生率的2倍以上 致突变作用的不良后果哺乳动物诱发突变 体细胞突变 生殖细胞突变动脉粥 未知 衰老 肿瘤 畸胎 显性致死 出生缺陷样

10、硬化 疾病 （胚胎接 （不可遗传 遗传负荷 触毒物） 的改变） 先天疾病 (基因突变 小的缺失 平衡易位)给有效剂量的诱变剂致癌作用多阶段模式图化学因素物理因素生物因素环境因素原癌基因 癌基因 原癌基因点突变 原癌基因扩增 染色体易位与基因重排 原癌基因抑制解除 原癌基因缺失 人类单基因遗传病病种历年增加趋势 1966 1968 1971 1975 1978 1983 1986 常染色体显性 837 793 943 1 215 1 489 1 827 2 201 常染色体隐性 531 629 783 947 1 117 1 298 1 420 X连锁 119 123 150 171 205 2

11、43 286合 计 1 487 1 545 1 876 2 336 2 811 3 368 3 907 遗传性疾病发生率遗传性疾病发生率 在新生儿中 1患有染色体显性突变的疾病(如家族性息肉、多发性神经纤维瘤等) 0.25患者有常染色体隐性突变的疾病(如着色性干皮病、苯丙酮尿症等) 0.5%患有性连锁的疾病(如假肥大性肌营养障碍、血友病等) 0.4%的患有与易位及非整倍体等染色体异常有关的疾病 36的新生儿患先天畸形 如果包括那些通常要在晚些时候才发生的和遗传有关的多病因疾病，如心脏病、高血压和糖尿病等，受影响的人群比例可达60以上。 致突变作用的不良后果哺乳动物诱发突变 体细胞突变 生殖细胞

12、突变动脉粥 未知 衰老 肿瘤 畸胎 显性致死 出生缺陷样硬化 疾病 （胚胎接 （不可遗传 遗传负荷 触毒物） 的改变） 先天疾病 (基因突变 小的缺失 平衡易位)给有效剂量的诱变剂遗传毒理学试验 基于表型改变捡测基因突变及小缺失：通过细胞学的方法观察大的染色体损伤；直接检测DNA损伤（如DNA加合物测定，DNA链断裂测定等) 或间接反映DNA损伤 (如DNA损伤修复发生的检测等）的试验方法。 目的： 评价遗传危害性 预测致癌性 分类： 基因突变试验 (assays for gene mutation) 染色体损伤试验 (assays for chromosome damage) 非整倍体试验

13、(assays for aneuploidy) DNA损伤的试验 (assays for DNA damage)遗传毒理学试验的基本类型遗传毒理学试验的基本类型 细菌回复突变试验Bacterial reverse mutation assay - Ames TestAmes试验原理鼠伤寒沙门氏菌 组氨酸营养缺陷型 原养型(his+) 突变株(his-) 代谢活化系统 受试物 正向突变回复突变Ames试验标准试验菌株的基因型菌株 组氨酸 靶部位的DNA序列 其他基因标志 突变部位 野生型 突变型TA1537 C3076 -GGGG- 在G：C重复区域 rfa,uvrB -CCCC- 移码突变TA

14、97 hisD6610 -GGGGGG- 在G：C重复区域 rfa,uvrB,pKM101 -CCCCCC- 移码突变TA98 hisD3052 -ACC-GCC-CGG-CAG-G- -ACC-GCC-GGC-AGG- rfa,uvrB,pKM101 -TGG-CGG-GCC-GTC-C- -TGG-CGG-CCG-TCC- TA1535 hisG46 -GAG- -GGG- rfa,uvrB -CTC- -CCC- TA100 hisG46 -GAG- -GGG- rfa,uvrB,pKM101 -CTC- -CCC- TA102 hisG428 -CAA- -TAA- rfa,pKM10

15、1 (pAQ1) -GTT- -ATT-TA104 hisG428 -CAA- -TAA- rfa, uvrB -GTT- -ATT- pKM101(pAQ1) Ames测试菌株的遗传特性 特性特性 选作测试菌株的理由选作测试菌株的理由 rafraf改变改变 细菌荚膜脂多糖屏障细菌荚膜脂多糖屏障, ,使致突变物有使致突变物有 更大的通透性更大的通透性 uvrB uvrB 切除修复系统缺失切除修复系统缺失, ,增加对很多致突增加对很多致突 变物的敏感性变物的敏感性 pKM101pKM101 增强对某些其活性依赖于增强对某些其活性依赖于SOSSOS系统的系统的 致突变物的敏感性致突变物的敏感性 p

16、AQ1 pAQ1pAQ1 pAQ1上上hisG428hisG428的回复性可被测试的回复性可被测试 仅诱发一种菌株回变的化学物数 时间 总数 TA98 TAl00 TAl535 TAl537 TAl538 WP2uvrA 19791987 105 14 31 13 8 14 2 (100) (13.3) (29.5) (12.4) (7.6) (13.3%) (23.8) 19851989 174 33 62 30 14 未测 35 (100) (19.0) (35.6) (17.2) (8.0) (20.1) Maron and Ames(1983) TA97; TA98; TA100; TA102ICH TA98; TA100; TA1535; TA1537或TA97或 TA97a; TA102或E.coli WP2uvrA或 E.coli WP2uvrA(pKM101)Ames试验原理鼠伤寒沙门氏菌 组氨酸营养缺陷型 原养型(his+) 突变株(his-) 代谢活化系统 受试物 正向突变回复突变真核细胞与原核细胞DNA的特征 真核细胞 原核细胞 主要是二倍体 主要是单倍体 DNA