中药致突变作用.ppt
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1、第七章 中药致突变作用,Genetic Toxicology,第一节 遗传毒理学及其相关概念,突变(mutation):生物体遗传物质发生的可遗传的变化(遗传物质发生的变化及引起的变异)。自发性突变(spontaneous mutation):自然条件下发生的突变。诱发性突变(induced mutation):人为地或受各种因素诱发产生的突变。突变是毒理学中的一种损害作用,中药致突变剂(chemical mutagen):能引起致突变作用的中药成分。Direct-acting mutagenIndirect-acting mutagen遗传毒理学(genetic toxicology):研究
2、化学性和放射性物质的致突变作用以及人类接触致突变物质可能引起的健康效应的学科。,遗传毒性(genetic toxicity):对基因的损害能力。包括对基因组的毒性作用引起的致突变性及其他各种不同的效应(如原发性DNA损伤),包括致突变性。遗传毒性的效应可能转变为突变,也可能被修复。,研究中药致突变作用目的或内容:致突变的中药及其成分 致突变作用的机制 检测及其评价致突变健康危害的方法,第二节 中药的致突变作用,遗传学损伤的类型:基因突变(gene mutation):基因中DNA序列的变化。也称点突变(point mutatiion),是组成一个染色体的一个或几个基因发生变化。不能用光学显微镜
3、直接观察,须通过生长发育、生化、形态等表型改变来判断。目前,可直接分析DNA序列。染色体畸变(chromosome abrration):染色体结构的改变。基因组突变(染色体数目改变)(genomic mutation):是某一个或几个染色体的结构或染色体的数目发生变化,用光学显微镜可直接进行观察。三者本质相同,区别是受损程度。,第三节 中药致突变作用的机制及其后果,中药成分作用细胞部位不同,产生不同的突变:诱导基因突变和染色体畸变的主要靶分子为DNA,诱导基因组突变的靶部位常是有丝分裂和减数分裂的成分,如纺锤丝。,一、引起突变的DNA变化,致突变作用的基础是DNA结构的理化性质的改变。DNA
4、的损伤有多种类型。(一)、碱基损伤碱基错配、平面大分子嵌入DNA链、碱基类似物取代、碱基化学结构改变或破坏(二)DNA链受损二聚体的形成、DNA加合物形成、DNA-蛋白质交联物形成,二、引起突变的细胞分裂过程的改变,非整倍体和多倍体是由于染色体分离异常产生,涉及纺锤体、微管蛋白等与纺锤体有关的机制:1、与微管蛋白二聚体(构成结合纺锤体的基本成分):如秋水仙碱2、与微管上巯基结合:如甲基汞3、已组装好微管的破坏:如秋水仙碱、灰黄霉素等4、中心粒移动受阻:如秋水仙碱5、其他作用:如N2O,三、其他改变,1、DNA复制的高保真性:多种酶类2、修复:修复过程及其基因与酶,四、突变的后果,靶细胞的类型决
5、定突变对人类健康的影响:体细胞:影响个体,可能与肿瘤发生有关;生殖细胞:遗传下一代孕体体细胞:新生儿的存在或畸形,流产、死胎等(一)生殖细胞:1、对机体无影响:如无义突变2、导致正常人体生化组成的异常:如ABO血型,在特殊情况下,可引起严重后果,如输血。3、导致遗传易感性的改变4、导致遗传性疾病5、致死突变:配子死亡、死胎、自发流产,DNA损伤修复障碍,生殖细胞突变,显性致死,隐性致死,存活突变,流产、死胎,出生缺陷、基因负荷,先天性疾病,一种物种的群体中每一个携带的可遗传给下一代的有害基因的平均水平,纯合子或半合子出现死亡,DNA损伤修复障碍,体细胞突变,良性肿瘤,细胞衰老,未分化的胚胎细胞
6、受损,动脉硬化,未知疾病,出生缺陷(功能或结构畸形),恶性肿瘤,已分化的胚胎细胞受损,癌变,老 化,出生缺陷(流产、死胎、癌变,(二)体细胞突变,第四节 机体对致突变作用的影响,DNA可受到自发性化学降解、氧化、非酶甲基以及环境中化学致突变物、辐射等因素的影响,而受到损伤,但遗传物质在所有的物种中均能世代相传。其原因:1)DNA执行高度保真复制:对复制中的错误能及时纠正,即通过修复而达到高度保真。2)机体有多种机制修复DNA损伤,以保护亲代DNA链,使其免受化学毒物的作用。机体修复机制:损伤耐受机制和修复机制,接触化学致突变物致突变作用在个体之间,反应有很大差异个体对致突变物敏感性差异的原因:
7、代谢酶的遗传多态性 修复能力差异 宿主因素,细胞处理广泛的DNA损伤有两个过程:如果损伤是广泛的,细胞发生凋亡;如果损伤不十分严重,细胞进行多种修复,使NDA回到未损伤状态(无错误修复)或到一个有所改善但仍发生了改变的状态(错误倾向修复)。大多数修复过程的基本原则是:损伤识别,移除损伤片段,修复DNA合成和连接。,化学致突变模式:损伤-修复-突变修复功能饱和或能力不足如肿瘤发生率每年约为1%吸烟者中患肺癌约有10%先天性(遗传因素),即遗传多态性后天性(生活方式),,个体因素,突变,第五节 观察中药致突变作用的基本方法,致突变试验:有200余种,常用约20种一、观察项目的选择 1、观察效应终点
8、及类型:遗传学终点(genrtic endpoint):致突变试验的观察终点 基因突变;染色体畸变;染色体组畸变(非整倍体)原发性DNA损伤(DNA原始损伤)遗传毒理学试验是通过直接检测遗传学终点或检测导致某一终点的DNA损伤过程伴随的现象,来确定中药产生遗传物质损伤并导致遗传性改变的能力。,DNA的基本特性具有普遍性,故用非人类检测系统预测对人类的遗传危害性。指示生物:病毒、细菌、霉菌、昆虫、植物、培养的哺乳动物细胞和哺乳动物没有一种致突变试验能涵盖所有的遗传学终点,常用一组试验配套进行检测。2、成套观察项目:采用何种方法,根据需要 一般包括基因突变、断裂作用、重组作用、非整倍体或多倍体测定
9、。受试物在其中任何一种试验中出现可重复的阳性结果,即可认为是遗传毒性。,入选遗传毒理学成套观察项目的原则:1)一组试验系统应包括每一类型的遗传学终点2)配套试验应包括多种进化程度不同的物种3)体内与体外试验结合如ICH,1997药品遗传毒性评价组合:细菌基因突变;体外哺乳动物细胞染色体畸变或体外小鼠淋巴瘤细胞tk试验;体内啮齿类造血细胞染色体损伤试验,二、常用致突变试验,基因突变试验应用选择技术检测突变选择技术是利用只有突变的细胞或微生物才能生长的实验条件,从许多未突变细胞中发现很少的突变细胞。利用选择技术可以在微生物和培养哺乳动物细胞检测正向突变和回复突变。微生物和培养哺乳动物细胞缺乏整体动
10、物的代谢能力,在许多遗传试验中,需加入活化体系以检测出间接致突变物。常用:大鼠肝细胞匀浆的微粒体上清液+缓冲液和辅助因子-S9混合物,1、细菌回复突变试验(Ames试验)(bacterial reverse mutation assay)以营养缺陷型的突变体菌株为指示生物检测基因突变的体外试验。常用菌株:组氨酸营养缺陷型鼠伤寒沙门菌 色氨酸营养缺陷型大肠杆菌原理:某个调控组氨酸合成的基因发生了点位突变,丧失了合成组氨酸能力,必需依赖外源性组氨酸才能生长。突变菌株可被各种诱变因素诱导,回复突变为原养型,在不含组氨酸的选择培养基上生长成可见的菌落。如果选择培养基上回变菌落数显著超过了自发回变数,即
11、可判断受试物为鼠伤寒沙门菌的致突变物。,图 Ames试验原理,鼠伤寒沙门菌原养型(his+),组氨酸营养缺陷型突变株(his-),正向突变,回复突变,受试物,代谢活化系统,Ames试验有多种菌株,组氨酸突变部位不同、方式不同,附加的基因型改变也不同,不同的菌株对不同化学致突变物的检出能力不同。因此:试验中的菌株也要配套!Ames试验根据菌株特性,可测定:碱基置换、移码突变或两者。ICH推荐菌株:TA98、TA100、TA1535、TA1537或TA97(TA97a)TA102或E.Coli WP2uvrA、E.Coli WP2uvrA(pKM101)我国:TA100、TA98、TA97、TA1
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