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教材 Molecular biology of the gene 7th edition J.D. Watson et. al
DNA的突变和修复
一、复制错误及修复
1、突变的本质
- 点突变
- 大范围插入、缺失
- 染色体结构整体重排
- 与转座子插入，细胞重组异常活动有关
- 染色体上有重组热点
微卫星DNA极易发生突变
- 如CA二核苷酸序列重复
- 复制机器很难精确复制、容易打滑
- CA重复片段长度呈现高度多态性
- 为遗传作图提供物理标记
三联核苷重复与亨廷顿病有关 · CAG 谷氨酰胺密码子片段扩增，谷氨酰胺残基片段长度增大
· 干扰Sp1转录因子谷氨酰胺富含区
· 谷氨酰胺残基片段削弱大脑神经元中转录
· 亨廷顿病
2、有些复制错误能够逃脱复制时的校正
错配修复能够将此错误去除
》修复系统扫描基因组
》准确修复新链的错误
以大肠杆菌为例
- MutS 扫描基因组
- MutS有许多，在DNA上来回随机运动（没结合ATP时，结合半衰期1sec）
- 错配引起骨架扭曲变形，MutS 识别
- MutS 结合ATP，结合半衰期 600sec， 并且倾向于在错配点
- MutS 与错配点复合体 招募 MutL
- MutL 激活MutH
- MutH 识别 5-GATC-3
- MutH 能够在新链上切一个口
- UvrD解旋酶、外切酶作用下消化新链，并且越过错配点
- 5’侧切开：外切酶 VII 或 RecJ ，5->3 消化
- 3‘侧切开：外切酶I，3'->5' 消化
- Pol III 修复（5'->3')
3、甲基化介导的错配修复
- E.Coli拥有Dam甲基化酶
- 使双链上 5'-GATC-3' 的 A 被甲基化
- 子链没来得及甲基化
- MutS、MutL复合体激活 MutH
- MutH在没有甲基化新链上切口
- 消化，修复
4、缺口介导的错配修复
- 真核生物使用MutS（MSH）和 MutL的同源物完成修复功能
- 真核生物的MutS样蛋白有特化：如 有的专门用于简单修复，有些用于打滑产生小的插入缺失
- 多数细菌也没有Dam甲基化酶
- 冈崎片段之间有个缺口，然后MutL被招募至链上，形成切口
- MSH等 与 PCNA 相互作用 被招募至后随链不连续合成部位上
- MSH等 与滑动夹相互作用 被招募至 生长中的 3' 端
二、DNA的损伤
- 水解、脱氨基
- 胞嘧啶 碱基脱氨基：产生非天然尿嘧啶-》A （为什么DNA用T不用U）
- 腺嘌呤 脱氨基：产生次黄嘌呤-》C
- 鸟嘌呤 脱氨基：黄嘌呤-》C
- N-糖苷键自发水解，去嘌呤化
- 胞嘧啶-甲基转移酶 -》 5'甲基胞嘧啶 -脱氨基-》胸腺嘧啶 （脊椎动物自发突变热点）
- 烷化反应
- 亚硝胺等
- 鸟嘌呤 -> O6甲基鸟嘌呤 ：错配胸腺嘧啶
- 氧化反应
- 活性氧
- G -> oxoG 能与A 也能与C配对（G->A癌症普遍突变）
- 辐射
- 260nm紫外线 胸腺嘧啶二聚体
- γ射线：双链断裂
- 碱基类似物
- 5'BrU（替代T）-》烯醇式-》配对G
- 嵌入剂
- 扁平分子
- 溴乙锭、原黄素、吖啶橙
- 产生缺失（模板弯曲、跳读）或插入（插入碱基间）
三、DNA损伤修复
- 直接修复
- 剪切修复
- 剪切核苷酸
- 剪切碱基
- 重组修复
- 移损修复
1、直接逆转
- 光激活（DNA光解酶）
- 嘧啶二聚体
- 甲基转移酶
- O6甲基鸟嘌呤
2、碱基切除修复通过碱基弹出除去受损碱基
- 糖基化酶 glycosylase
- 水解糖苷键除去受损碱基
- 随后 脱碱基戊糖被去除
- 核酸内切性切割
- 聚合酶作用
糖基化酶是损伤特异性的，人有11种
受损碱基在复制前没被切除 以 oxoG 为例
- 专门糖基化酶识别
- 切除oxoG配对的 A ，换上C
- 给糖基化酶切除oxoG 再一次机会
如何扫描定位：
- 沿小沟扫描检测
- 受损碱基是弹出的，正好位于糖基化酶特异性口袋中
3、核苷酸切除修复 nucleotide excision repair
识别双螺旋上发生的扭曲
原核的核苷酸切除修复主要用到 UvrA、B、C、D
- UvrA、B 复合体扫描DNA
- 遇到损伤扭曲后，UvrA解离
- UvrB 变性DNA，产生单链凸起
- UvrB 招募UvrC 产生两缺口
- UvrD 解旋
- Pol I 、Ligase 作用
真核的核苷酸切除修复主要用到XPA、XPD、RPA、ERCC1-XPF，XPG
- XPA XPD 解旋
- RPA 单链结合蛋白
- 5' XPF切、 3'XPG切
4、转录藕联修复
在转录过程中发现错误并纠正：把修复工具集中在表达活跃的片段上
通用转录因子 TFIIH
- 切除修复中：解旋
- XPA XPD 活性
- 在基因转录中打开DNA模板
5、NHEJ
- Ku70-80寻找断口
- 招募DNA PKc
- DNA PKc招募Artemic
- 修饰断口
- 连接
6、同源重组修复 见下章
7、移损DNA合成 使复制越过DNA损伤继续进行
难以修复的错误，为防止DNA复制或转录终止而进行的SOS反应
在Ecoli中由Pol IV、 PolV承担，原核 Pol η、κ
图示移损酶缺少 O-helix ，容许错配
移损修复也不是完全随机的，有些移损酶插入特定核苷酸：
- Pol η 在嘧啶二聚体处插入两个 A
移损酶的可选模式
