致突变作用及检测方法解析

•易位：两条非同源染色体片段的位置交换
•重排：多条染色体断裂后的易位 •重复：在一套染色体里，一个染色体片段出现不至一次 •插入：一染色体三次断裂，两次断裂片断插入一次断裂区
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（2）染色体数目异常
二倍体：哺乳动物体细胞，2n 单倍体：生殖细胞，n
多倍体：染色体数目成倍增加，xn。
DNA链受损
1、二聚体的形成； 紫外线 2、DNA加合物形成；
3、DNA－蛋白质交联物形成。
烷化剂、苯并（a）芘、砷化合物、甲醛
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2、引起突变的细胞分裂过程的改变
细胞分裂过程
纺锤体、微管蛋白合成与聚合、 微管结 合蛋白合成与功能发挥
染色体分离异常
非整倍体、多倍体
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②由于接受分裂错误，配子为2倍体， 而不是单倍体，所以会产生一个多倍体 的受精卵。
③如一个卵子被一个以上精子受精，也 将产生多倍体。
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机制
1、与微管蛋白二聚体结合：秋水仙碱 2、与微管上的巯基结合：甲基汞、苯基汞
3、已组装好的微管的破坏：秋水仙碱、灰黄 霉素、长春花碱——与微管蛋白结合——已 组装好的微管解聚；毛地黄皂苷——使微管 蛋白变性；异丙基－N－氨基甲酸苯酯——使 微管失去定向能力。
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1、细菌回复突变试验（Ames）
Ames BN，1979年建立 鼠伤寒沙门氏菌、大肠杆菌 利用突变体的测试菌株，观察受试 物能否纠正或补偿突变体所携带的突 变改变，判断其致突变性。
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原理：
人工诱变的突变株在组氨酸操纵子 中有一个突变，突变的菌株必需依赖外 源性组氨酸才能生长，而在无组氨酸的 培养基上不能存活，致突变物可使其基 因发生回复突变，使它在缺乏组氨酸的 培养基上也能生长。
宿主原因。
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一、DNA损伤的修复
1、光修复
2、“适应性”反应
3、切除修复
4、双链断裂修复
5、交联修复
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1、光修复
它通过酶切下DNA上嘧啶二聚体， 将毗连的嘧啶接回原结构上，依赖光裂 合酶，是一种依赖光的过程，主要针对 紫外线损伤产生的胸腺嘧啶二聚体的修 复机制。广泛存在于原核生物和真核生 物体内。
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损伤耐受 DNA 修复 机制
指DNA遗传可绕过那些阻止 DNA复制的DNA损伤。
细菌的重组修复。
光修复 损伤修复 切除修复 指将损伤或不正确 的甲基去除和替换， 如核苷酸去除。
直接修复
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个体对致突变物敏感性的差异原因：
代谢酶的遗传多态性；
修复能力差异；
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（2）移码突变（frameshift mutation）
指发生一对或几对（3对除外）的碱基减少或增 加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错 误的密码，并转译成不正常的氨基酸。 如果减少或增加的碱基对刚好是3对，基因 产物的肽链中仅减少或增加一个氨基酸，后果 与碱基置换相似，而以移码突变不一样。 移码突变中，基因产物有明显的改变，也许 是不完全，可产生一个无功能的肽链片段。
4、中心粒移动受阻：秋水仙碱 5、其他作用：N2O
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3、其他的改变
1、DNA复制有关酶系改变
2、DNA修复有关酶系改变
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4、突变的后果
DNA损伤 修复的效率
体细胞突变
良 性 肿 瘤 动 脉 硬 化 恶 性 转 化 癌 细 胞 衰 老 老化 未知 疾病 已分 化的 胚胎 细胞 受损 未分 化的 胚胎 细胞 受损 流产 与死 胎 显 性 致 死
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当体内体细胞致突变试验得到阳性结 果，并有生殖细胞接触证据时，再进行哺 乳动物生殖细胞致突变试验。 对于一种受试物应当先用原核细胞或体 细胞的体外试验按遗传学终点合理配套进 行试验，并对有阳性结果的遗传学终点试 验验证其在体内的真实性，必要时再选用 生殖细胞致突变试验进行遗传危害的评价。
1. 基因突变 基因突变：指的是基因中DNA序列的变化。
碱基置换 移码突变
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（1）碱基置换
指DNA链上某个碱基对为另一碱基对 所取代，引起错误配对(mispairing)
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碱基置换(base substitution)：错误配对的碱基
在下一次DNA复制时，按正常规律配对，于是 原来的碱基对被错误的碱基对所置换。 G:C → A:T
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2、”适应性“反应
烷基转移酶 O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶 酵母、大鼠、人类
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3、切除修复
最常见的修复机制，可修 复所有种类的DNA损伤； （1）核苷酸切除修复 但不能去除较大的DNA加 合物及DNA链间交联。
（2）碱基切除修复
DNA糖基酶；专一性更强。
3、生物的染色体组成或细胞质发生变化而产生。
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突变(mutation)：遗传结构本身的变化及
其引起的变异称为突变。
突变是遗传物质的一种可遗传的变异。 自发突变 诱发突变
1、培育和选择新种或良种。 2、引起人类健康危害。
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遗传毒理学(genetic toxicology )：研究化学性和放 射性物质的致突变作用以及人类接触致突变物可 能引起的健康效应。
环境因素
损伤 先天性：遗传多态性 后天性：不同生活方式
修复 机体
突变
肿瘤（癌）
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1、代谢酶遗传多态性
P－450、乙醇脱氢酶、乙 醛脱氢酶、N-乙酰基转移酶、 酯酶、、、
2、修复功能的个体差异
（1）O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶（MGMT）
（2）聚（二磷酸腺苷－核糖）多聚酶（PARP）
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五、常用致突变实验方法
1、观察项目的选择
2、常用的致突变实验
3、致突变实验中的一些问题
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一、观察项目的选择
1、观察效应终点的类型 •基因突变实验
•染色体畸变实验
•DNA损伤实验 遗传终点（genetic endpoint）： 试验观察到的现象所反映的各种事件。
致突变作用及检测方法
祝建洪
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一、基本概念 遗传：生物物种通过各种繁殖方式来保证世
代间生命延续的过程。
变异(variation)：亲子间或子代个体间出现的差异。
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1. 遗传学基础
1、DNA与基因
2、染色质与染色体
3、体细胞与生殖细胞 4、基因型与表型 5、细胞周期、有丝分裂、减数分裂
非整倍体细胞由正常细胞未分裂而 产生，其原因有：同源染色体减数分裂 Ⅰ期不能适当分离，或者姐妹染色体在 减数分裂Ⅱ期，或有丝分裂期不能恰当 分离。
不分裂的结果是纺锤体的一极接受 了同源或两个染色单体，而另一极没有。
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多倍体产生：
①在细胞增殖过程，细胞周期正常染色 体复制，但在接下来的有丝分裂期，染 色体分裂时，染色体单体不能分离，即 产生一个4倍体细胞。
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2、染色体畸变
指染色体的结构或数目的改变，是遗传物质 大的改变，一般可用光学显微镜检查。
染色单体型畸变：畸变涉及复制染色体中两条中的一条。 染色体型畸变：畸变涉及复制染色体中的两条。
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（1）染色体结构异常类型
•断裂：产生无着丝点片断
•缺失：染色体上丢失了一个片段 •倒位：一个染色体片段被颠倒了 臂间倒位：包括着丝点 臂内倒位：不包括着丝点
致突变作用（mutagenesis）：外来因素，特别
是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的 能力，而且此种改变可随细胞分裂过程而传递。
突变的发生及其过程。 1、基因突变(gene mutation)
2、染色体畸变(chromosome aberration)
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二、化学毒物致突变的类型
（二）DNA链受损
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碱基损伤
1、碱基错配； 烷化剂（烷基硫酸酯、N－亚硝
基化合物、氮芥、硫芥）
2、平面大分子嵌入DNA链； 9－氨基吖啶 3、碱基类似物取代；
5－溴脱氧嘧啶核苷→ 胸腺嘧啶 2－氨基嘌呤→ 鸟嘌呤
4、碱基的化学结构改变或破坏。
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亚硝酸盐
羟胺
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（3）错配修复
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4、双链断裂修复
复制继续进行，DNA损伤部位存在。 是一种耐受过程，一种以容忍损伤继 续存在和高突变率情况下，以换取细 胞继续生存的耐受过程。
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5、交联修复
（1）无误交联修复 （2）易误交联修复
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遗传因素对致突变作用的影响
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食品
1、Ames试验 2、小鼠骨髓微核试验或骨髓细胞染色体 畸变分析 3、小鼠精子畸形分析和睾丸染色体畸变 分析 4、其他
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化妆品
1、Ames试验 2、体外哺乳动物细胞染色体畸变 3、哺乳动物骨髓细胞染色体畸变率检测 试验 4、动物骨髓微核试验或骨髓细胞染色体 畸变分析 5、小鼠精子畸形检测试验
2条长链都向右边盘绕，脱氧核糖和 磷酸根排列在外侧；碱基对排列在内侧。
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1、DNA与基因
2、染色质与染色体
3、体细胞与生殖细胞 4、基因型与表型 5、细胞周期、有丝分裂、减数分裂
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2. 产生变异原因
1、亲代个体杂交产生时由于重组而发生变异；
2、基因突变而发生；
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遗传终点
①DNA完整性的改变（形成加合物、 断裂、交联） ②DNA重排或交换
③DNA碱基序列改变
④染色体完整性改变
⑤染色体畸变
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2、成套的观察项目
遗传毒理学评价程序：
（1）选择的遗传毒性试验包括5种类型的 遗传学终点； （2）包括多种进化程度不同的物种：原 核细胞、低等、高等真核细胞； （3）体内试验与体外试验配合。
转换：嘌呤→嘌呤，嘧啶→嘧啶 颠换：嘧啶→嘌呤，嘌呤→嘧啶
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转换和颠换的结果取决于其在蛋白质合成 过程中的错义密码和无义密码的多少。 错义突变：密码子发生了改变，从一种氨基 酸变成另一种氨基酸，产生无活性的基因产 物，对其功能的影响取决于替代的特定氨基 酸及其在蛋白质一级结构中所处的位置。 无义突变：基因产物是不完全或无功能的。
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试验用菌株：TA100、TA98、TA97、 TA102。 试验方法：平板掺入法、点试法、预 培养法。
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2、哺乳动物体细胞株突变试验 常用细胞株： 中国地鼠肺细胞V79、中国地鼠 卵巢细胞CHO、小鼠淋巴瘤细胞 L5178Y
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中国地鼠肺细胞V79、中国地鼠卵巢 细胞CHO：缺乏利用嘌呤碱的一种 酶HGPRT 小鼠淋巴瘤细胞L5178Y：缺乏胸苷激 酶TK
生殖细胞突变
隐 性 致 死 存 活 突 变 遗 传 性 疾 病 基 因 负 荷
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变
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功能或 结构畸 形
胚胎 综合 征
生育 功能 障碍
机体对致突变作用的影响
遗传物质在所有的物种中，均是世代相传。 ①DNA执行高保真的复制，对复制过 程中的错误能及时纠正；
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 的作用而发生改变。
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二、常用的致突变试验
体外基因突变实验
1、细菌回复突变试验（Ames 试验）
2、哺乳动物体细胞株突变试验
细胞遗传学实验
3、染色体畸变分析
4、微核试验
体内基因突变实验
5、显性致死试验 6、果蝇伴性隐性致死试验 7、姐妹染色单体交换试验
DNA损伤实验
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8、程序外DNA合成试验
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DNA与基因
（1）DNA的化学结构：
DNA由许多核苷酸组成，每个核苷酸又由 三部分构成：
一个脱氧核糖 一个磷酸根 一个碱基 DNA中有4种碱基：A、G、C、T DNA即由4种核苷酸构成的长链。
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（2）DNA空间结构：DNA是由2条多核 苷酸相连而形成的巨大分子。
非整倍体：增加或减少1条或几条染色体， 如2n+1,2n-1等。 Down氏综合症：3条21号染色体，47条
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三、致突变作用的机制和后果
1、引起突变的DNA变化； 2、引起突变的细胞分裂过程的改变；
3、其他的改变。
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1、引起突变的DNA变化
（一）碱基损伤