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1、第一节第一节 损伤因素及其类型损伤因素及其类型第二节第二节 复制过程中的错配修复复制过程中的错配修复第三节第三节 损伤修复损伤修复第四节第四节 细菌中的转座成分细菌中的转座成分 第五节第五节 真核生物中的转座成分真核生物中的转座成分第一节第一节 损伤因素及其类型损伤因素及其类型引起损伤的因素引起损伤的因素: 自自发性性损伤(复制复制中的中的损伤、碱基的自、碱基的自发性化学改性化学改变、 自自发脱碱基、脱碱基、 细胞的代胞的代谢产物物对DNA的的损伤) 物理因素引起的物理因素引起的损伤(电离离辐射、紫外射、紫外线) 化学因素引起的化学因素引起的损伤（烷化化剂、碱基、碱基类似物）似物） 引起引起损
2、伤的的类型：型： 碱基脱落、碱基（或核苷）改碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取碱基（碱基的取 代）、碱基的插入或缺失、代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、的断裂、链交交联（链内、内、链 间）、）、嘧啶二聚体二聚体等等等等 广义的修复系统：广义的修复系统： DNA聚合聚合酶的校的校对功能功能(复制的范畴复制的范畴) 错配修复系配修复系统 损伤修复系修复系统(光复活、重光复活、重组修复、修复、SOS修复等修复等) 第二节第二节 复制过程中的错配复制过程中的错配的修复的修复 DNA mismatch+ - A- -C-DNApol (= 10-8)经第二次校正经第二次校正= 10-11错
3、配修复错配修复系统系统(MRSMismatch RepairSystem)1、错配修复碱基来源：、错配修复碱基来源：校正活性所漏校的碱基校正活性所漏校的碱基 使复制的保真性提高使复制的保真性提高102103倍倍2、错配修复系统（、错配修复系统（Mismatch repair system）DNA polymeraseHelicase SSB 外切核酸酶外切核酸酶 (和和) 连接酶连接酶MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits mutH, L, S dam geneDNA腺嘌呤甲基化酶腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶甲基化酶)扫描新生链中错配碱基扫描新生链中
4、错配碱基识别新生链中非识别新生链中非 m6A 的的GATC序列序列酶切含错配碱基的新生酶切含错配碱基的新生DNA区段区段 （1 1）组成）组成 DNADNA合成过程中的甲基化变化合成过程中的甲基化变化DNA中的中的GATC(palindromic seq.)为为m6A甲基化敏感位点甲基化敏感位点平均每平均每2kb左右有一左右有一GATC seq.错配修复系统受甲基化的引导错配修复系统受甲基化的引导 甲基化程度的差异甲基化程度的差异a、MutH/MutS 扫描识别错配扫描识别错配 碱基和邻近的碱基和邻近的GATC序列序列 切点甲基化切点甲基化GATC中中 G的的5侧侧 DNA helicase
5、II, SSB, exonuclease I去除包括错去除包括错 配碱基的片段配碱基的片段 DNA polymerase III 和和 DNA ligase 填充缺口填充缺口昂贵的代价用于保证昂贵的代价用于保证DNADNA的准确性的准确性（2 2） 修复过程修复过程 外切核酸酶外切核酸酶切割切点的切割切点的5 5端（错配碱基在切点的端（错配碱基在切点的5 5端）端） -3-3端（端（-3-3端）端）3、 尿嘧啶尿嘧啶-N-糖苷酶系统糖苷酶系统 ( ung system )修复尿嘧啶的来源：修复尿嘧啶的来源：dUTP的渗入的渗入 胞嘧啶的自发脱氨氧化胞嘧啶的自发脱氨氧化-TAGC-ATCG-TA
6、GC-A CG-U-TAGC-ung-ase GCUAU-TAGC-A CG-AP内切酶内切酶(Apurinase)-TAGC-ATCG-DNApolLigase 第三节第三节 DNA损伤的修复损伤的修复一、嘧啶二聚体的产生一、嘧啶二聚体的产生 类型：类型：TT二聚体二聚体 （ ）、）、CC二聚体（二聚体（ ）、）、 CT二聚体（二聚体（ ）TTCCCT相邻的胸腺嘧啶相邻的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体CCCCCCCC PR1、光复活（、光复活（photo reactivation ）-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA- 复制前、不容易出错复制前、不容易出错 400 nm
7、蓝光、蓝光、PR 酶酶 (photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（光敏裂合酶（photolyase）可见光激活可见光激活 二、二聚体修复的机制二、二聚体修复的机制2. 2. 切除修复切除修复ExisionRepairExisionRepair 复制前进行复制前进行 不易出错不易出错UvrA, B, C gene 内切核酸酶内切核酸酶（Endonucleases） 外切核酸酶外切核酸酶 （Exonuclease） DNA pol Ligase 碱基切除修复碱基切除修复核核苷苷酸酸切切除除修修复复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ABA BCA B CA
8、 BCAB螺旋酶螺旋酶Pol 螺旋酶螺旋酶连接酶连接酶切切补补切切封封3. 3. 重组修复（重组修复（RecombinativeRepairRecombinativeRepair）后复制修复、后复制修复、E.coli的挽回系统的挽回系统E.coli 存活存活%U.V 计量计量w.t. UvrA+ RecA+ uvr a-rec a-该该系系统统存存在在的的实实验验证证据据 Rec-A. gene 以某种方式参与以某种方式参与DNA损伤修复损伤修复 Rec修复系统比切除修复系统更有效修复系统比切除修复系统更有效 目前知道目前知道 Uvr系系统负责切除二聚体切除二聚体 Rec系系统负责消除没有被切
9、除的二聚体消除没有被切除的二聚体 可能造成的后果可能造成的后果TT TTAA AATT TTTT TTAA AATT TT变性变性 E.coli (Rec-A, uvr-a-)D.S. DNAS.S. DNAU.V. 复制复制提取提取 变性变性复制过程越过二聚体而在相应新链上留下缺口复制过程越过二聚体而在相应新链上留下缺口二聚体后起始二聚体后起始 修复时期的证明修复时期的证明 与与Rec-A蛋白引起的重组蛋白引起的重组(strand transfer)有关有关 TT dimer未被修复，仅表现在后代群体中未被修复，仅表现在后代群体中TT dimer 浓度的稀释浓度的稀释 链的非准确转移，导致突
10、变机率的增加链的非准确转移，导致突变机率的增加 修复相关机制修复相关机制: 重组修复重组修复 ( (链转移修复链转移修复) ) 复制后修复复制后修复 容易出错容易出错 RecA, DNApolymerae ligase二聚体后起始二聚体后起始 RecA 聚合酶、连接酶聚合酶、连接酶重组修复后的损伤位点可重组修复后的损伤位点可由其它机制进一步修复由其它机制进一步修复4. 4. 易错修复（易错修复（SOSSOS修复修复 SOS repairSOS repair）E.coliE.coliE.coli 80 10 100mut. 100% 50% 10% 损坏的噬菌体损坏的噬菌体 DNA 在在E.co
11、li A被修复被修复 E. coli 的的SOS修复能被修复能被U.V.诱导诱导 (A & B) SOS 修复过程有非常高的突变频率修复过程有非常高的突变频率(易出错易出错)ABCUV 复活复活或或 W复活（复活（Jean Weigh）（1 1） 实验证据实验证据（2） SOS 修复机制修复机制 SOS 修复无模板指导的修复无模板指导的DNA复制复制 大剂量的紫外线照射，大量的二聚体产生大剂量的紫外线照射，大量的二聚体产生 SOS系统诱导，错误潜伏的复系统诱导，错误潜伏的复制超越二聚体而进行（酶无校制超越二聚体而进行（酶无校对功能）对功能）错误碱基错误碱基 SOS 修复只是修复只是SOS反应的
12、一部分反应的一部分 RecA在在SOS反应反应反应中起核心作用反应中起核心作用 RecA与与LexA组成组成调控环路调控环路DNA 损损伤伤 SOS RecA RecA受受LexALexA的的部分抑制部分抑制RecA-P： 三种功能三种功能a、 DNA 重组活性重组活性b、 与与S.S. DNA结合活性结合活性c、 少数蛋白的少数蛋白的proteinase活性活性当当DNA正常复制时正常复制时（无复制受阻，无（无复制受阻，无DNA损伤，损伤， 无无TT dimer） RecA-p不表现不表现proteinase活性活性第三节第三节 细菌中的转座成分细菌中的转座成分一、转座成分概述一、转座成分概
13、述1、转座子转座子(元元)或转座元件或转座元件(transposon or transposable element): 基因组上不必借助于宿主基因就可以自主复制和移动的基因组上不必借助于宿主基因就可以自主复制和移动的DNA片段，片段，它们可以直接从基因组的一个位点移到另一个位点（供体和受体）它们可以直接从基因组的一个位点移到另一个位点（供体和受体）转座（转座（transposition）：转座元的转移过程（不十分确切）：转座元的转移过程（不十分确切）2、发现和发展、发现和发展 1914 A. Emerson 1936 Marcus . M. Rhoabes 玉米果皮、糊粉层花斑突变玉米果皮、
14、糊粉层花斑突变1983. Barbara McClintockBarbara McClintock (86y)DNA transposable element 1947 冷泉港实验室（美）冷泉港实验室（美） Barbara McClintock 玉米籽粒糊粉层色素不稳定遗传机理玉米籽粒糊粉层色素不稳定遗传机理跳跃基跳跃基因（因（jumping gene） 基因转座现象的再次发现与证实基因转座现象的再次发现与证实 二、二、Prok.转座子种类转座子种类 两种类型：两种类型： 简单转座子（简单转座子（simple transposon） （插入序列（插入序列 insertion sequence
15、IS ） 复合转座子（复合转座子（composite transposon） 共同特征：共同特征： a）两端有）两端有2040bp的的IR b）具有编码转座酶（）具有编码转座酶（transposase）的基因）的基因1、插入序列、插入序列 最简单，是细菌染色体、质粒和某些噬菌体的正常组分最简单，是细菌染色体、质粒和某些噬菌体的正常组分 命名：命名： IS编号（鉴定类型）编号（鉴定类型） 长度长度 7002000bp 特点：特点： a）两端）两端IR为转座酶的识别位点（突变）为转座酶的识别位点（突变） b）插入靶位点后会出现靶位点的正向重复（）插入靶位点后会出现靶位点的正向重复（39bp） IS
16、 可以正反方向插入到可以正反方向插入到DNA（宿主、质粒或某些噬菌体），（宿主、质粒或某些噬菌体）， 常对插入位点后面的基因表达功能产生极性效应常对插入位点后面的基因表达功能产生极性效应a)a) Tn / TnA family Tn / TnA family l 具有具有IR、转座酶基因、转座酶基因、 调节基因（解离酶）、抗抗生素基因调节基因（解离酶）、抗抗生素基因 lTn1(AmpR)Tn2(AmpR)Tn3(AmpR)Tn4(AmpRStrR)Tn5(KanR)Tn6(kanR)Tn7(StrRTmpR)Tn9(CamR)Tn10(TetR) 2.5 kb 20 kbTn3IRTnpARe
17、sTnpRAmpRIR38bp38bp转座酶转座酶 regulator-内酰胺酶内酰胺酶2、复合转座子、复合转座子 两种类型两种类型 b）两端重复序列为两端重复序列为IS的复合转座子的复合转座子 e.g. IS插入到功能基因两端，可能形成复合转座因子插入到功能基因两端，可能形成复合转座因子IS ISISISLISR臂臂 中心区中心区 臂臂transposition 当两个当两个IS组件相同组件相同时，其中任一个都可时，其中任一个都可行使转座功能行使转座功能 不同时，主要依靠不同时，主要依靠一个一个 两侧的两侧的IS既可以是既可以是IR，又可以是，又可以是DR状态状态（IR多）多）3 转座噬菌体
18、转座噬菌体 Mu phageMu phage （巨型转座子（巨型转座子 ）C repressor for A, Brepressor for A, BB 33 kd 与转座有关与转座有关A 70 kd 转座酶转座酶U, S 毒性蛋白毒性蛋白attL, attR 与寄主同源，反向重复，转座必需与寄主同源，反向重复，转座必需 Gin G区倒位酶区倒位酶attLCABSUattR150bp1.5kbG 倒位区倒位区 38kbPgin 以以E.coli为寄主的温和型噬菌体（溶源、裂解）为寄主的温和型噬菌体（溶源、裂解） Mu的插入途径的插入途径a） 侵入的侵入的Mu在溶源化过程中任意插入寄主在溶源化过
19、程中任意插入寄主DNA （两侧各（两侧各5bp的靶位点序列重复）的靶位点序列重复）b） 进入进入裂解生长后，复制产生后代裂解生长后，复制产生后代Mu DNA几乎全部插入寄主几乎全部插入寄主 DNA中，并可继续转座（形成寄主中，并可继续转座（形成寄主DNA和和Mu的共合体），噬的共合体），噬 菌体成熟时，切段共合体包装菌体成熟时，切段共合体包装三、转座子的转作机制及模式三、转座子的转作机制及模式 三种类型：复制型、非复制型和保守型三种类型：复制型、非复制型和保守型1、复制型转座模式、复制型转座模式 实质：转座子元件被复制并被移动到受体位点，最终转座过程实质：转座子元件被复制并被移动到受体位点，最
20、终转座过程 扩增了转座子的拷贝（供、受点）扩增了转座子的拷贝（供、受点） 需两种酶：需两种酶： 转作酶（作用于原拷贝两末端）转作酶（作用于原拷贝两末端） 解离酶（作用于复制后的拷贝）解离酶（作用于复制后的拷贝） 模式：模式： 两大步两大步 a) 共合体形成共合体形成 切口连接复制切口连接复制 b) 拆分拆分 靶位点的靶位点的DR形成形成2、非复制型转座模式、非复制型转座模式 供体上最终产生双链断裂供体上最终产生双链断裂 供体位点如不能被修复则有致供体位点如不能被修复则有致 死效应死效应3、保守型转座模式、保守型转座模式 另一种非复制型另一种非复制型 与与整合机制相似整合机制相似 其转座酶与其转
21、座酶与整合酶家整合酶家 族有关族有关四、转座子转座频率的调控四、转座子转座频率的调控 每个转座子控制自身转座的核心每个转座子控制自身转座的核心-控制转座酶的水平控制转座酶的水平 不到一个转座酶分子世代细胞不到一个转座酶分子世代细胞Tn10转座机制转座机制 Tn10为复合型转座子为复合型转座子 IS10R元件提供转座酶活性元件提供转座酶活性-合成转座酶的序列合成转座酶的序列 自发转座频率自发转座频率-107 Tn10转座酶水平是控制转座的关键转座酶水平是控制转座的关键第四节第四节 真核生物的转座成分真核生物的转座成分 真核生物的转座成分根据转座机制目前分为两类：真核生物的转座成分根据转座机制目前
22、分为两类： a) 转座机制与细菌的转座子类似转座机制与细菌的转座子类似 遗传信息：遗传信息： DNADNA 玉米的玉米的Ac-Ds元件、果蝇的元件、果蝇的P元件和元件和FB元件等元件等 b) 转作机制类似逆转录病毒转作机制类似逆转录病毒 遗传信息：遗传信息： RNADNARNA 如：逆转录病毒、果蝇的如：逆转录病毒、果蝇的copia元件、酵母的元件、酵母的Ty元件元件a) 不依赖不依赖供体序列供体序列与靶位点间序列的同源性与靶位点间序列的同源性b) 转座不是简单的转移，涉及转座子的复制转座不是简单的转移，涉及转座子的复制HotspotsHotspots (热点热点)Regional prefe
23、renceRegional preference ( 在在3kb区域内的随机插入区域内的随机插入) d) 某些转座因子（某些转座因子（Tn3）对同类转座因子的插入具有排他性）对同类转座因子的插入具有排他性 （免疫性）（免疫性）e) 靶序列在转座因子两侧会形成正向重复靶序列在转座因子两侧会形成正向重复 f) 转座因子的切除与转座将产生复杂的遗传学效应转座因子的切除与转座将产生复杂的遗传学效应第五节转座重组的特点和引起的一种效应第五节转座重组的特点和引起的一种效应c) 转座插入的靶位点并非完全随机转座插入的靶位点并非完全随机（插入专一型）插入专一型）转座重组的特点转座重组的特点转座作用的遗传效应转座引起插入突变转座产生新的基因：如抗药性基因转座产生染色体畸变转座引起的生物进化本章结束！本章结束！
