药物毒理-致突变作用-2009

基因组:细胞和生物 体的一套完整单体 的遗传物质
2.染色质（Chromatin）与染色体（chromosome） 染色质 ：间期核内光镜可见 的嗜碱性物质 组成：DNA＋组蛋白＋非 组蛋白＋少量RNA 染色体：中期细胞核，染色 质螺旋并折叠成染色体
karyotype(核型)
同源染色体(Homologous Chromosome)：一对染色体，分别来自 父本和母本，染色体上有着相同的线性基因序列 杂合体(Heterozygosity)：同源染色体的某个位点上有不同的等 位基因，这个细胞就称为杂合体 等位基因(Alleles)：同一个基因座位上的多种表现形式。一般控 制同一个性状，比如眼睛的颜色等
20世纪初－ 60年代末期 遗传毒理学形成阶段 1969年3月12日， Alexander Hollaender创建学会， 根据当时 已知的诱变物 ethyl methane sulfonate 命名为“环境诱变剂学 会”Environmental Mutagen Society (EMS) 70年代－80年代后期 遗传毒理学蓬勃发展阶段 肿瘤的发生与诱发突变有关；Ames建立了体外回复突变试 验，发现致癌性和诱变性之间存在很好的相关性
突变研究简史
1904 de Vries X 线可改变生殖细胞的遗传物质 1927 H.J.Muller:X线→果蝇性连锁隐性致死突变(起始) 1942 Charlotte Auerbach&J.M.Robson氮芥对果蝇有致突变性 （化学物致突变的首次证据） 1951 Russed 用X线可诱发小鼠突变 1966 Cuttanach 化学物可诱发小鼠突变 50年代末60年代初，突变对健康的影响始被广泛认
显性 致死
隐性 致死
存活 突变
老化
未知疾病 动脉 硬化 癌 变 功能或结 构畸形 流产/ 死胎
胚胎综 合征
生育功 能障碍
遗传性 疾病
基因 负荷
突变后果示意图
基因库(gene pool)指某一物种在特定 时期中能将遗传信息传至下一代的处于 生育年龄的群体所含有的基因总和。 遗传负荷(genetic load)指一种物种的 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。
染色体畸变
裂 隙
断 裂
缺断 失片
微 小 体
无 着 丝 点 环
环 状 染 色 体
和
双 着 丝 点 染 色 体
倒 位
易 位
重插 复入
辐 射 体
(translocation)
(gap)
(break)
(fragment) (deletion)
(inversion)
(insertion) (duplication)
5.细胞周期、有丝分裂、减数分裂 细胞周期(Cell cycle) ：细胞一次分裂结束并开始生长， 到下一次分裂终了所经历的过程
有丝分裂(Mitosis) ：细胞核分裂的过程，子细胞具有与 亲代细胞完全相同的染色体。 经历一系列复杂的生物学过程
减数分裂(Meiosis)：细 胞分裂两次，染色体只 复制一次，染色体数目 减少一半，变成单倍体
第二节 外源化学物致突变的类型
以光学显微镜分辨率0.2μm来区分基 因突变和染色体畸变
基因突变（gene mutation） 染色体畸变（chromosome aberration） 非整倍体和多倍体 (aneuploidy and polyloid)
一、基因突变
基因突变：基因中DNA序列的变化；点突变(point mutation) 1.碱基置换（base substitution） 某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。 错误配对(mispairing) 碱基置换 复制 转换（transition)和 颠换（transversion）
与微管蛋白二聚体结合：秋水仙碱→与微管蛋白二聚体结 合→妨碍微管的正常组装→抑制细胞分裂 与微管巯基结合：苯基汞与着丝粒微管结合，甲基汞与极 间微管结合→分裂部分抑制→非整倍体 已组装微管的破坏：秋水仙碱、灰黄霉素、长春新碱→与 微管结合蛋白结合→微管解聚 毛地黄皂苷→与微管非特异性结合→蛋白质变性 异丙基-N-氨基甲酸苯酯→微管失去定向能力 中心粒移动受阻：秋水仙碱→中心粒分离和移动 其他：如N2O机制不明
错义突变：密码子发生改变，从一种AA变成另一种AA 同义突变：遗传密码子具有兼并性，虽然有碱基置换的 发生，但密码子的意义可以没有改变 无义突变:mRNA上的密码子由氨基酸编码密码子变成非 编码的终止密码(UAG、UGA、UAA)。基因产物是不完 全或是无功能的
2.移码突变（frameshift mutation）
非整倍体的诱发
1.同源染色体在减数分裂I期不能适当不 能适当分离
3.姐妹染色体有丝分裂期不能适当分离
back
整倍体的诱发
1.DNA复制，染色单体不分离，产生4倍体细胞 2.配子为2倍体，产生多倍体的受精卵 3.多精子受精，产生多倍体
非整倍体和多倍体形成的生化机制
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和环境中化学致突变物,辐 射等因素影响而损伤,但在所有的物种中均世代相传： 1)DNA执行高保真度的复制; 2)机体已进化有多种机制修复DNA损伤(包括损伤耐 受机理和修复机理 )。 个体对致突变物敏感性差异的原因有: 1)代谢酶的遗传多态性; 2)修复能力差异; 3)宿主因素.
基因组突变，即基因组 中染色体数目异常 正常二倍体染色体数: 人46, 大鼠42,小鼠40,狗 78,兔44 非整倍体(aneuploidy): 增加或减少一条或几条 染色体 多倍体(polyploid,整倍 体euploid):以染色体组 为单位的增加
染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能 影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。如 21三体导致先天愚型(Down氏综合征)。
三 其他的改变
DNA复制相关酶、组蛋白和非组蛋白 DNA修复机制的损伤
四 突变的后果
生殖细胞突变的后果
1.对人类基因库的影响
2.对人类后代健康的影响
体细胞突变的后果
1.肿瘤 2.衰老
3.动脉粥样硬化 4.致畸
to
DNA损伤 修复的效率
体细胞突变
生殖细胞突变
良性 肿瘤
恶性 转化
细胞 衰老
已分化的 未分化的 胚胎细胞 胚胎细胞 受损 受损
外源化学物致突变作用
第一节 概述 第二节 外源化学物致突变的类型 第三节 致突变作用机制和后果 第四节 机体对致突变作用的影响 第五节 观察外源化学物致突变作用 的基本方法
第一节 概 述
遗传与变异（variation） 突变（mutation） 遗传结构本身的变化及引起的可遗传的变异 自发突变（spontaneous mutation） 诱发突变（induced mutation） 致突变作用（mutagenesis）： 广义概念是外来因素，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，而且此种改变可随同细 胞分裂过程而传递。简单地说，突变的发生及其过程 即为致突变作用。 致突变物(mutagen):能够引起突变的物质 direct-acting ～ indirect-acting～
The use of colchicine to generate a diploid from a monoploid. Colchicine added to mitotic cells during metaphase and anaphase disrupts spindle-fiber formation, preventing the migration of chromatids after the centromere is split. A single cell is created that contains pairs of identical chromosomes that are homozygous at all loci. back
(minute body)
和
稳定的畸变： 较小的缺失、倒位、重复、平衡易位等， 可传递。稳定的染色体重排，用常规中期相染 色体分析技术难检测，需分带或FISH 不稳定的畸变： 无着丝点片段、双着丝点染色体、环状染 色体、各种不平衡易位等，常致细胞死亡
三、非整倍体(aneuploidy):和多倍体(polyploid
3.体细胞和生殖细胞 体细胞(somatic cell):二倍体(diploid)，含2组完全相同 的染色体，遗传损伤不遗传给下一代 生殖细胞(germ cell):单倍体(haploid)，遗传损伤可遗传 给下一代
4.基因型与表型 基因型：是控制生物性状的基因组成，是性状发育的 内因，表型形成的根据。 用杂交技术鉴定（FISH） 表型：发育过程中由基因控制的生物性状的具体体现； 是不同基因之间以及基因与环境之间极其复杂的相互 作用结果，基因型只能决定表型可能发育的范围，会 产生怎样的表型取决于生物生长发育所处的环境。用 理化方法测定
遗传毒理学（genetic toxicology） 研究化学性和放射性物质致突变作用及人类接 触致突变物可能引起的健康效应；主要研究致突变 的作用机制，应用检测系统发现和探究致突变物， 提出评价致突变物健康危害的方法 遗传毒性(genetic toxicity) 指对基因组的损害能力，包括对基因组的毒作 用引起的致突变性及其他各种不同效应。 致突变性(mutagenicity) 是精确的概念，指引起遗传物质发生突变的能 力，在一个实验群体中突变率可以定量检测。
正向突变： 导致基因 产物正常 功能丧失 的突变 回复突变： 使基因产 物的功能 恢复的突 变
二、染色体畸变（chromosome aberration） 指染色体结构改变，是遗传物质大的改变，一般可用光 学显微镜检查适当细胞有丝分裂中期的染色体来发现。 细胞学检测可发现染色体断裂和由断裂所致的各种重排 作用在复制前（G1或G0期）→S期复制→染色体型畸变 作用在S期复制后及G2期→染色单体型畸变
指发生一对或几对（3对除外）的碱基增加或减少， 以致从受损点开始碱基系列（阅读框架）完全改变， 形成错误的密码，并转译成为不正常的氨基酸 较易成为致死性突变
(a) Deletion of "T" from the sequence "TTTTT" in the CFTR gene (b) Deletion of "AT" from the sequence "ATAT" in the CFTR gene (c) Deletion of "TTG" from the sequence "TTGTTG" in the FIX gene (d) Deletion of "ATAG" from the sequence "ATAGATAG" in the APC gene
（二）DNA链损伤（DNA strand damage）
1.二聚体(Dimer)的形成 2.DNA加合物(DNA adduct)形成 3. DNA－蛋白质交联物（DPC）形成
to
二 引起突变的细胞分裂过程的改变
影响细胞分裂过程的因素： 纺锤体 微管蛋白的合成与聚合 微管结合蛋白的合成与功能发挥 细胞分裂纺锤纤维的功能发挥 着丝粒与之有关的蛋白质作用 极体复制与分离 减数分裂时同源染色体联合配对与重组
遗传学基础
1. DNA与基因
DNA（deoxyribonucleic acid）:遗传信息储存的大分子物质， 由脱氧核糖、磷酸及碱基组成，基本成分为四种核苷酸，形成 双螺旋结构
基因: DNA分子中最小的完整功能单位；是能够指导表达 并产生某个基因产物（蛋白质或RNA）、在一定条件下 产生特定生理功能的DNA序列，包括编码区和调控区两 大部分；基本作用是决定蛋白质的一级结构 O.T.Avery等人1944年通过肺炎双球菌转化实验首次证 明基因的本质是DNA
在肿瘤细胞及人类自然 流产的胎儿细胞中可有 三倍体细胞的存在。 发生于生殖细胞的整倍 体改变，几乎都是致死 性的。
第三节 化学毒物致突变作用 的机制及后果
一、 引起突变的DNA变化
（一）碱基损伤(Base damage)
1.碱基错配(Base mismatch) 2.平面大分子嵌入DNA链 3.碱基类似物（Base analogs ）取代 4.碱基的化学结构改变破坏