分子遗传学 21.基因突变

WT …ACCTACCTCCCTCACCAAAGC……～5000bp……TTCAACCTCCCTCACCATTGG…… 缺失～5000bp
KS
……ACCAACCTCCCTCACCATTGG……
图 21-18 野生型(WT)DNA 顺序和 Kearns-Sayre/ 慢性眼外肌瘫痪综合征(KS)患者的 DNA 缺失
A T
A BUK
酮式
G BUE
烯醇式
G C
(二) 化学物质 二 1.碱基类似物
(1)5-溴尿嘧啶和T很相似,仅在第5个 碳元子上由Br取代了甲基 5-BU有,酮式 酮式, 酮式 烯醇式两种异构体,可分别与A及G配对 烯醇式 结合
A T
A BUK
酮式
G BUE
烯醇式
G C
(2) 2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基的类似物, 有正常状态和稀有状态两种异构体,可 分别与T和C配对结合.当2-AP掺入到 DNA复制中时,由于其异构体的变换而 导致A:T G:C
(一)DNA复制错误
A AT GT C TACAG AT GT C TATAG A AT GT C TACAG A AT GT C TACAG AT GT C TATAG AT GT C TACAG AT GT C TACAG
新链
5' AGTT
3' TCAAAAACG
模板链 5' AGTT
3' 3' 5' T
第三节 突变和人类疾病
自发突变和人类的疾病 一.重复序列异常所引起的遗传病 线粒体的脑脊髓病(mitochondlrial encephalomyopathies)是线粒体重复顺序之间产 生缺失所致. 脆性X染色体综合征 X-连锁脊髓和延髓肌娄缩 连锁脊髓和延髓肌娄缩,也称Kennedy's症 连锁脊髓和延髓肌娄缩 强直性肌营养不良(Myotonic dystrophy)
Mix solutions and plate
Mix solutions and plate
Mix solutions and plate
his+ revertant colonies Fig. 21-
his+ revertant colonies
Spontaneous revertant
Ames test for potential mutagens.
5' 新合成链环出 3' AGT T T T TCAAAAACG 5' 3' 5' 新链上插入一个碱基 3' 5' T AGT T T T T G C TCAAAAACG 5' 3' 5' 3'
TCAAAACG 3' A 模板链环出 新链上缺失一个碱基 5' AGT T T T GC TCAAAACG 3' A
HNO2 A T H C G C G C HNO2 A U A T
(2)羟胺只特异地和胞嘧啶起反应,在 第4个C原子上加-OH,产生4-OH-C,此 产 物 可 以 和 A 配 对 , 使 C:G 转 换 成 T:A
HA C G 4-OH-C A T A
(3)烷化剂 烷化剂如甲基黄酸乙脂(EMS),氮芥(NM), 烷化剂 甲基黄酸甲脂(MMS),亚硝基胍(NG)等, 它们的作用是使碱基烷基化,EMS使G的第6位 烷化,使T的第4位上烷化,结果产生的O-6-EG和 O-4-E-T分别和T,G配对,导致G:C对转 换成A:T对;T:A对转换成C:G
G C
O-6-E-G T
A T
T A
O-4-E-T G
C G
(a) 增加碱基
插入剂分子
3.DNA 插入剂
模板链 5' ATCAG TTACT3' 新合成链 3'TAGTC G AATGA5' 0.68nm 随机选择碱基 嵌入插入剂处
下一轮复制 5' ATCAG C TTACT 3' 3'TAGTC G AATGA 5' (b)缺失碱基 模板链 5' ATCAG T TACT3' 新合成链 3'TAGTC ATGA5' 插入剂失去 后复制 插入剂 5' ATCAGTACT 3' 3'TAGTCATGA 5' 图 21-15 插入突变导制碱基的增加(a)和减少(b)
突变类型
移码突变 缺失突变
缺失大片段 DNA(十几到几千个碱基)
A
G
T
C
转换 颠换
图 21-1 转换与颠换
中性突变(neutral mutation)多肽链中相应位 中性突变 点发生的氨基酸的取代并不影响蛋白质的功能; 沉默突变(silent mutation)蛋白质中相应位点 沉默突变 是发生了相同氨基酸的取代,即同义突变. 同义突变. 同义突变 移码突变(frameshift mutation) 移码突变 回复突变(reverse mutation), 回复突变 一类是正向突变 正向突变(forward mutation)突变方 正向突变 向是从野生型向突变型;另一种是回复突变 回复突变, 回复突变 其突变方向是从突变型向野生型 抑制突变(suppressor mutation)突变的作用还 抑制突变 可以通过其它位点的突变而得到减少或校正.
DNA Pol 3'→5'外切酶活性 光复活—光裂合酶 一般切除修复——UvrABC 系统 AP 内切酶 特殊切除修复 糖基酶 GO 系统-MutM,MutY,MutT 错配修复-Dam, MutL,MutH,UvrD 重组修复-RecA SOS 修复-RecA,LexA,UvrAB,UmuC,HimA
第二节 突变的原因
自发突变(spontaneous mutations) 一.自发突变 自发突变 突变率(mutation rate)是指在单位时间 内某种突变发生的概率. (一) DNA复制错误 (二) 自发的化学变化 1. 脱嘌呤 脱嘌呤(depurination) 2. 脱氨 脱氨(基)(deamination)作用 3. 氧化作用损伤碱基 氧化作用损伤碱基(oxidatively damaged bases)
(一) 紫外线诱发胸苷二聚体 一
O
H N CH3 H N
O
CH3
UV
H N
O
CH3 CH3
O
H N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
O
N
Thymine
H
O
N
Thymine
H
O
N O
4 5 5 6 6
H H O
N
O
Thymine dimer
4 3 2 1
Fig. 21- Production of thymine dimer by ultraviolet light irradiation.
A T
2AP T
2AP* C
G C
2. 碱基的修饰剂
(1) 亚硝酸(introus acid, NA)有氧化脱氨作用,可 使G第2个碳原子上的氨脱去,产生黄嘌呤 (xanthine,x),次黄嘌呤 (H) 仍和C配对,故不产 生转换突变.但C和A脱氨后分别产生U和次黄嘌呤 H,产生了转换,使C:G转换成A:T,A:T转换 成G:C
表 21-2 点突变的类型(以 Tyr 的密码子为例) 无义突变 DNA TAC→TAA , TAG ↓ ↓ ↓ ↓ RNA UAC UAA UAG ↓ ↓ ↓ ↓ aa Tyr Och Amb 同义突变 TAC → TAT ↓ ↓ UAC UAU ↓ ↓ Tyr Tyr 错义突变 TAC→ TCC ↓ ↓ UAC UCC ↓ ↓ Tyr Ser
二. 诱发突变
(一) 放射线 一 紫外线, X-射线, γ射线, 宇宙射线 (二 (二) 化学物质 1.碱基类似物 (1) 5-溴尿嘧啶(5-bromouracil,5-BU) (2) 氨基嘌呤(2-aminopurine 2-AP) (3) 迭氮胸苷(AZT, azidothymidine)
2.碱基的修饰剂 (1) 亚硝酸(introus acid, NA) (2) 羟胺 (3) 烷化剂,它们的作用是使碱基烷基化 3.DNA插入剂 原黄素(proflavin) 吖啶橙(acridine orange) 溴化3,8-二氨基-5-乙基-6-苯基菲啶鎓 (etnidium bramide) ICR的复合物等
(二) 诱发突变和人类的肿瘤
第四节 DNA的修复机 的修复机 直接修复( 一.直接修复(Direct repair) 直接修复 ) (一) 通过DNA聚合酶校正修复 ( ) (二)光复活反应 光复活(photoreactivation)或光修复 光修复(light 光复活 光修复 repair) 光裂合酶(photolyase),由phr 基因编码 烷基转移酶(Alkyltransferases)
5-methyleytosine (5mC)
Thymine (T)
Fig.21- Deamination of 5-methylcytosine to thymine.
3.氧化损伤
过氧化物原子团(O2-) (H2O2 ),(-OH)等需氧代谢的副产 物都是有活性的氧化剂, 它们可导致DNA的氧化损伤, T氧化后产生T-乙二醇, G氧化后产生8-氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤, 8-氧鸟嘌呤(8-O-G)或" GO", GO可和A错配,导致G→T.
2.脱氨基
NH 2 H N Deamination H N Cytosine O H N Uracil O H N O H
Fig. 21- Deamination of cytosine to uracil.
NH2 H3 C N Deamination H N O H H3 C
O H N N O
…
CGG CGG CGG … 6～54 拷贝 …
正常
…
CGG CGG CGG CGG CGG 50～200 拷贝
NTM
…
CGG CGG CGG CGG 50～200 拷贝
CGG
…
女儿
…
CGG CGG CGG CGG CGG CGG CGG 200～1300 拷贝
CGG
CGG
CGG
…
患者
图 21-19 在脆性 X 综合征中 FMR-1 基因内 CGG 3 个核苷酸扩增.NTM:正常男性
切除修复(excixion-repair) 二. 切除修复
第一节 基因突变的类型
体细胞突变(somatic mutation) 体细胞突变 生殖细胞突变(germ-line mutations) 生殖细胞突变 转换(transition)是指同类碱基之间的替换. 转换 颠换(transversion mutation)是嘌呤与嘧啶之 颠换 间的替换.
表 21-1 突变的各种类型 点突变,碱基替换 转换 Py 与 Py,Pu 与 Pu 之间变换,多见 颠换 Py 与 Pu 之间变换,少见 插入 1-2 个碱基 丢失 1-2 个碱基 发生移码
用 Ames法检测诱变剂
Rat
Isolate and Grind liver Experiment 1 his base-pair substitution mutant Rat liver Potential Enzyme mutagen Centrifuge Rat liver enzymes Experiment 2 his frameshift mutant Rat liver Enzyme Potential mutagen Rat liver Enzyme his mutant strain Experiment 3
4. 体外定点突变
1985年加拿大的Michael Smith建立,于 1993年获得了诺贝尔化学奖. 具体方法有三种: (1)聚核苷酸介导的用单链模板定点突 变; (2)双引物法定点突变; (3)用掺入U的单链为模板进行聚核苷 酸介导的体外定点突变.
A G
A G
T A
图 21- DNA 的体外定点突变
图
21-4 在 DNA 复制中由于 DNA 的错误环出自发产生碱基的插入和缺失 (参考 Peter J. Russell: Genetics, 3rd ed.,Fig18-8)
(二) 自发的化学变化 1.脱嘌呤
A AT GT C TACAG AT GT C TACAG A AT GT C TACAG A AT GGC TACAG AT GT C TACAG AT GGC TACCG AT GCC TACAG
第二十一章基因突变 基因突变
染色体畸变 碱基错配 复制错误 突变 自发突变 基因突变 诱发突变 脱嘌呤 化学错误 脱氨基 氧化损伤 放射线----产生嘌呤二聚体 碱基类似物:5BU,2AP 化学诱变剂 碱基修饰物:NA,HA,烷化剂 DNA 插入剂:吖啶类 DNA 复制跳格
直接修复
修复
切除修复
复制后修复