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1、外源性化学物的 致突变作用 本次课程的主要内容 n一、遗传物质的结构和功能 n二、遗传损伤的分类 n三、遗传毒性的形成机制 n四、突变的后果 n五、突变的遗传学终点 n六、基因突变的分类和检测 n七、机体对突变的作用： n八、致突变实验的组合实验 n九、抗突变研究的进展 一、遗传物质的结构和功能 基因、染色体与DNA nDNA，基因和染色体的关系 nDNA的复制：是遗传物质的自我复制， 属于半保留复制，其中只有一个母板才 能进行复制 n遗传法则 n染色体的基本结构： 真核生物染色体的特点 n1.非重复序列 n2.中度重复序列 n3.高度重复序列卫星DNA n4.多基因家族 n5.中断基因：一个
2、蛋白质的基因组成是 由许多不连续的基因外显子组成 蛋白质的合成 n1.mRNA与遗传密码 n2.tRNA的结构和功能 n3.核糖体 突变的物质基础 n突变的概念： n突变一般情况对机体是有害的 n基因组与基因组计划：人类只有一个基因组， 大约有万个基因。人类基因组计划是美国科学家 于年率先提出的，旨在阐明人类基因组亿个 碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的 位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平 上全面地认识自我。计划于年正式启动1999年 ，中国获准加入人类基因组计划，承担1%也就是号染 色体上的万个碱基对的测序任务，成为参与这一 计划的惟一发展中国家。 总召集人:
3、杨焕明 南方组:陈竺, 北方组:强伯勤 突变与癌变 n二次突变学说 n突变与癌变的相关性 遗传物质的分布 n大部分在核内，分布为染色体 n小部分在核外细胞器上如：线粒体DNA ，无内含子，是自由基攻击的重点 n共同点：都受到膜的保护，因此只有具 有膜通透性或代谢为可以通透膜的物质 才具有遗传毒性 二、遗传损伤的分类 n1基因突变 n2 染色体畸变 n3染色体数目的异常 n4.DNA损伤 n5.诱重组效应 n1.基因突变 n（1）单点突变和多点突变：转换和颠换 n（2）移码突变 n（3）基因的大片段损伤：也称基因重排 n（4）同义、错义和无义突变 n（5）正向突变和回复突变： n 野生型 突变型
4、 n（6）其他类型的突变：例如发生在内含 子或调节基因编码上的突变（如启动子 ） 正向突变 反向突变 n2 染色体畸变 n概念：由于染色体或染色单体发生断裂，造成染色体 或单体的缺失、重排，而出现的染色体或染色单体结 构异常，也称为染色体结构畸变 n如果一条染色体畸变称为结构杂合体 n如果一队同源染色体产生了相同的结构变异，称为结 构纯合体 n一般情况下，物质只能诱发DNA单链断裂 n（1）断裂 n（2）断片或微小的缺失 n（3）倒位 n（4）形成无着丝粒染色体环 n（5）插入和重复 n（6）易位 n（7）着丝粒融合发生的染色体的畸变 n（8）其他情况 n3.染色体数目的异常 n多倍体或单倍体
5、 n4.DNA损伤 n包括 n（1）是制DNA分子中一级结构中的碱基 、脱氧核糖和磷酸的改变 n（2）二级或三级结构及其构象动态变化 的异常 n其中以（1）中的碱基改变最常见，也最 严重 n5.诱重组效应 n同源DNA序列之间的遗传重组是减数分 裂的一部分，并对构成群体的遗传变异 是必需的，发生在形成配子的过程中 三、遗传毒性的形成机制 n一.直接以DNA为靶的损伤机制 n二.不以DNA为靶的损伤机制 机制研究：碱基损伤 n1外源性化学物对DNA的直接攻击，如烷 化剂，可以非特异的攻击DNA n平面大分子嵌入DNA链造成的突变 n碱基取代；很多抗癌药物的原理；5-FU n化学物对碱基的化学结构
6、的改变和破坏 。 机制研究 DNA 链的损伤 n对DNA三级结构产生影响，DNA螺旋破坏 n与基因中蛋白质共价结合，特别是与组蛋 白共价结合 nDNA加合物的形成 n氧化损伤使DNA结构断裂 机制研究 n对纺锤体的毒作用 n对DNA修复的酶的作用（MGMT和PARP ） n改变体内微量元素的分布，从而影响 DNA的合成和修复；如铅的遗传毒性 n外源性物质对GJIC的影响，1是直接影响 GJIC的功能，二是通过影响细胞的信使 影响GJIC 定标损伤，非定标损伤，旁观 者效应 ，用荧光黄如何设计实验 四、突变的 后果 n对生殖细胞而言：可以遗传给后代，造 成子代的病变或者在子代中潜伏下来， 形成遗
7、传负荷 n对体细胞而言是造成肿瘤，衰老，动脉 硬化的原因 五、突变的遗传学终点 nDNA完整性改变（形成加合物，断裂，交联） nDNA重排或交换 nDNA碱基序列改变 n染色体完整性改变 n染色体分离异常 六、基因突变的分类和检测 n碱基置换：野生型P53转变为突变型P53 检验 TA100 n移码突变：TA98 n大段损伤 n所有这些都可以用分子生物学手段，通 过PCR技术后，电泳分出需要的条带，用 内切酶酶切后再电泳，就可以分析DNA 组成，或者直接让公司分析 基因突变的非特异检测手段新 技术 SCGE n原理： n观察 n目的 n可以观察的内容：DNA损伤，DNA结合 细胞调亡 染色体畸
8、变 n断裂 n倒位 n插入和重复 n易位 n检查方法：微核技术： 微核技术 n原理：检测染色单体损伤或纺锤体损伤 n观察 姐妹染色体交换技术 程序外DNA合成 n也称非程序性DNA合成：当DNA受损 伤时，发生在S期半保留DNA程序合成 之外的DNA合成 染色体数目异常 n3倍体 n检测手段：核型检查，用普通光学显微 镜，遗传学手段就可以 新技术 n转基因鼠：转入鼠一个含有转录起始位点，5非翻 译区，翻译起始密码子，终止密码子，3非翻译区和 一个PolyA的基因序列 n方法：1原核显微注射法（受精卵直径70m照射器 0.75m) n 2逆转录病毒感染法 n 3胚胎干细胞法 新技术 n荧光原位杂
9、交（FISH） 七、机体对突变的作用：1修复 突变 n光修复 n适应性修复 n切除修复（糖基化酶，插入酶，聚合酶 ，连接酶） n修复后修复 nSOS修复 机体对突变的作用：抵抗突变 n代谢酶的多态性 研究的比较我的是 CYP1A1，P450系，脱氢酶等 n修复功能的个体性差异：MGMT PARP 八、致突变实验的组合实验 n原因：一种实验往往漏检 n一级实验：Ames 实验和一种体外细胞遗 传学实验 n二级实验：几种体外实验组合 实验方法的选择和利用 n1.对实验的要求： n经费少，周期短，灵敏，特异，重复性 好，结果要好 n2.方法比较 n基因突变要比染色体损伤敏感些 n微生物实验方法不如哺
10、乳动物实验效果 好 实验方法的选择和利用 n3.选择利用的原则 配套实验 n先短期实验，后长期实验 n先体外实验后体内实验 n兼顾基因突变和染色体畸变 n生殖细胞和体细胞都要考虑 实验方法的选择和利用 n4.结果评价（3组实验） n剂量-反应关系 n结果一致时，判定容易 n结果不一致时 A：补充实验 n B：增加长期实验 突变实验中需要注意的一些问题 n1 对照的设立 n2 S9的制备 n3 盲法在实验中的应用 九、抗突变研究的进展 n机制研究的方法： n先染毒 n同时染毒和加研究物 n先加待研究物，再染毒 考虑问题的主要角度： n待研究物对前体的代谢抑制 n待研究物对细胞膜的稳定作用 n待研
11、究物对细胞染色体的稳定作用 抗突变剂对抗自由基的作用 n1直接的抗自由基作用 n2.作用于与自由基有关的酶：GSH， UDPGA，SOD以及 考虑问题的主要角度： n修复已经发生的突变 n提高细胞间的信息传递 细胞信息传递作用在抗突变中 的重要性 n1.视黄醛，类胡萝卜素，绿茶成分等有 机成分能增强细胞间隙信息传导 n2.金属元素对细胞信息传导的影响 其他因素的影响 n1.免疫因素的影响 :胡萝卜素提高免疫 了也是其抗肿瘤的机制之一 n2. O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶（ MGMT）-DNA修复蛋白 n3. DNA的稳态对抗突变非常重要 n4.对代谢酶的影响 :促进毒物的代谢，降 低致突变前体的转化，促进自由基的失 活 小 结 抗突变物在细胞内发生作用是十分复杂 的，是个多层次、多环节共同作用的结果 ，往往是多种机制在抗突变的发生上都起 着很重要的作用，因此，其抗突变的发生 需要从多个角度进行综合考虑。