DNA损伤修复机制课件.ppt

13.5 DNA 损伤修复机制,DNA 损伤与DNA 突变 DNA在复制时产生错配，病毒基因整合，某些物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，都可能使DNA的结构及功能发生改变。从而引起生物突变，甚至导致死亡。主要形式有：自发性损伤物理因素引起的损伤化学因素引起的损伤,DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，因此维护DNA分子的完整性对细胞至关重要。但是，DNA复制的真实性受到很多潜在危险，或是来自DNA复制自身的错误，或是由于环境影响。在长期进化过程中，活细胞形成了各种酶促系统来修复或纠正偶然发生的DNA复制错误或损伤。修复系统可以说是DNA的一种安全保障系统。,DNA修复机制,光复活修复机制切除修复错配修复复制后的修复重组修复SOS修复,1.光复活修复机制,紫外线可造成彼此相邻的嘧啶碱基形成二聚体（嘧啶二聚体会减弱了双链之间氢键作用，引起了DNA变形。如果生物体内修复系统失灵，则细胞走向死亡），该二聚体可被一种光裂解酶打开，恢复到正常碱基状态。,2.切除修复,（1）切除修复 切除修复是在DNA内切酶，DNA外切酶，DNA连接酶等共同作用下，将DNA分子受损伤部分切除，并以完整的一条链为模板，合成切除的部分使DNA恢复到正常结构的过程。,大肠杆菌的切除修复,UvaA识别损伤部位，与UvaB结合UvaA释放，UvaC结合UvaC在损失部位的两侧切割DNAUvaD解开DNA双链，使损伤部位DNA单链脱离,着色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP）,临床表现：严重光敏感，视力缺陷，神经错乱。是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。在研究其发病机制时，发现一些相关的基 因，称为XPA、XPB、XPC等。这些基因的表达产物与Uvr类蛋白有同源序列，也是起辩认和切除损伤DNA作用的。XP病人是由于XP基因有缺陷，不能修复紫外线照引起的DNA损伤，因此易发生皮肤癌。,（2）DNA糖苷酶修复及AP核酸酶修复途径,自然状态下，DNA双链上的碱基特别是鸟嘌呤可发生自然脱落（3720h一个哺乳动物细胞可自发脱鸟嘌呤10000个）若经诱变损伤更多。经糖苷酶作用产生大量AP位点（即无嘌呤或无嘧啶位点），AP核酸内切酶可识别细胞内AP位点，切开AP位点附近DNA链，然后在DNA外切酶、DNA聚合酶和DNA连接酶作用下完成修复。,大肠杆菌AP位点的修复,AP核酸内切酶切开DNA链,DNA外切酶切除损伤部位的DNA单链DNA聚合酶合成新的DNA片段DNA连接酶补平缺口,3.错配修复,错配修复系统（DNA mismatch repair system,MMR）在DNA重组过程中对于杂种DNA错配碱基的修复和由此产生的基因转换发挥一定作用。参与错配修复的蛋白主要有两种功能：区分两条链和进行修复过程。发生错配后，若新合成的链被修复，基因编码信息可得到恢复，若模板链被修复，突变则被固定。Dam甲基化酶可使DNA的GATC序列中A的6号位上N甲基化。复制后DNA在半分钟内位半甲基化的GATC序列，一旦发现错配基因，立即切除，再以甲基化的连为模板复制。,遗传性非息肉结肠直肠癌（hereditary nonpolyposis colorectal cancer,HNPCC）,HNPCC是由于DNA错配修复基因种系突变而导致的常染色体显性遗传病。错配修复基因突变会导致错配修复蛋白表达量的下降或不表达，进而影响DNA复制的精确性。患者由于DNA遗传不稳定而对恶性肿瘤尤其是结直肠癌具有天生易感性，结直肠癌终生患病风险高达80%，发病年龄平均为46岁。患者一般不只患一种癌症。,4.重组修复系统,重组修复（recombinational repair)为一种复制后修复，此过程必须依赖重组后的过程，原DNA损伤可能永远从在于子代细胞病遗传下去，也可能被其他机制修复。在某些情况下没有互补链可以利用，如DNA复制过程时两条链已经分开后发生DNA损伤，采用重组修复。,重组修复步骤,受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口。另一条母链DNA与有缺口的子链DNA进行重组交换，将母链DNA上相应的片段填补子链缺口处，而母链DNA出现缺口以另一条子链DNA为模板，经DNA聚合酶催化合成一新DNA片段填补母链DNA的缺口，最后由DNA连接酶连接，完成修补。,5.SOS修复,又称紧急修复或差错倾向性修复，是细胞的DNA受到大规模损伤，严重影响其生存，在其他修复难以见效的情况下，被诱发出的一种高效修复系统，以损失一定的保真性，可以修复其他修复系统难以完成的修复DNA损伤，但保真性较差，是一种差错倾向性修复。可以看成是生物体为了维持其生命延续，不得已采取的以牺牲遗传物质忠实性为代价的“保命”措施。,