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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