外源化合物致突變作用

1、第七章外源化學(xué)物致突變作用,目的要求,掌握外源化合物的致突變作用熟悉致突變作用的評(píng)價(jià)方法了解致突變作用的遺傳學(xué)基礎(chǔ),第一節(jié) 概述,,,DNA,,RNA,蛋白質(zhì),基因就是指DNA中能編碼蛋白質(zhì)和功能 RNA的特定核苷酸序列。,為什么子女與父母非常相象？,,,13.313.213.1313.11121213.1113.213.3313.43,,,,,,LDL-R, ……,,ApoEApoCIAp

2、oCII, ……,,,孟德爾用豌豆作雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了孟德爾定律，并解釋說性狀是由“遺傳因子”負(fù)責(zé)傳遞的。1909年，丹麥遺傳學(xué)家約翰遜創(chuàng)造了“基因”這個(gè)詞，用來表述孟德爾所說的遺傳因子，沒有提出基因的物質(zhì)概念。摩爾根對(duì)果蠅的研究發(fā)現(xiàn)了新的遺傳的連鎖交換定律，將特定基因與某一條特定染色體上的特定位置聯(lián)系起來，賦予了基因以物質(zhì)的內(nèi)涵。,等位基因,一對(duì)同源染色體統(tǒng)一基因座上的一對(duì)基因稱為一對(duì)等位基因（allele）。二倍體細(xì)胞每一個(gè)基因是

3、成對(duì)存在的，每一對(duì)基因分別來自雙親的染色體的同一位置上，這個(gè)位置稱為基因座（locus）。等位基因之間有相互作用：如完全顯性，不完全顯性等。非等位基因之間也存在相互作用。,復(fù)等位基因,在某一種生物的群體中，每一個(gè)基因座上可以有兩個(gè)以上的等位基因，這就是復(fù)等位基因（multiple allele）。例如人類的血型就是由IA,IB,i 3個(gè)復(fù)等位基因決定的，這幾個(gè)基因各自編碼特定的紅細(xì)胞表面抗原。,外顯子和內(nèi)含子 —

4、 基因的結(jié)構(gòu)是斷裂的,原核生物的基因結(jié)構(gòu)大多數(shù)是連續(xù)的，即基因編碼蛋白質(zhì)的序列是不中斷的。而真核生物基因的編碼序列是不連貫的，即在兩個(gè)編碼序列之間有一段不編碼蛋白質(zhì)的非編碼序列。編碼序列稱為外顯子（exon），非編碼序列稱為內(nèi)含子（intron）。外顯子是出現(xiàn)在mRNA分子中的基因序列；內(nèi)含子則是不出現(xiàn)在mRNA分子中的基因序列。,突變,誘發(fā)突變,自發(fā)突變：物種進(jìn)化,人類健康危害,新品種培育、選擇、改良,,,,發(fā)生過程長，頻率低,發(fā)

5、生過程短，頻率高；可為人類利用，也可能對(duì)人有害,遺傳毒理學(xué)（genetic toxicology）,研究化學(xué)性和放射性物質(zhì)的致突變作用以及人類接觸致突變物可能引起的健康效應(yīng)。主要研究致突變作用機(jī)理 尋找敏感檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和探究致突變物 提出評(píng)價(jià)致突變物健康危害的方法,突變是致突變作用的后果致突變物（mutagen）：能引起突變的物質(zhì)，又稱誘變劑遺傳毒物（genotoxic agent）：因致突變物能引起遺傳物質(zhì)損

6、傷，又稱其為遺傳毒物,直接致突變物（direct-acting mutagen）:具有很高的化學(xué)活性，其原型就可引起生物體突變的物質(zhì)間接致突變物（indirect-acting mutagen）:本身不能引起突變，必須在體內(nèi)經(jīng)過代謝活化才具有致突變性的物質(zhì),第二節(jié) 化學(xué)毒物的致突變類型,,遺傳基因突變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧w數(shù)目改變,機(jī)理以DNA為靶的損傷： 基因突變 染色體畸變不以

7、DNA為靶的損傷 染色體數(shù)目改變,突變的類型,mutated typewild type,1.基因突變,堿基置換（base substitution）,錯(cuò)誤配對(duì)的堿基在下一次DNA復(fù)制時(shí)按正常規(guī)律配對(duì)，于是原來的堿基對(duì)被錯(cuò)誤堿基對(duì)所置換。,突變的后果,同義突變（ synonymous mutation）:指沒有改變基因產(chǎn)物氨基酸序列的改變錯(cuò)義突變（ missense mutation）:指堿基序列的改變引起了產(chǎn)物

8、氨基酸序列的改變無義突變（nonsense mutation）:指某個(gè)堿基的改變使代表某個(gè)氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍踪|(zhì)合成的終止密碼子，導(dǎo)致多肽鏈在成熟之前終止合成的改變,,Tyrosine (Tyr) 酪氨酸Serine (Ser)絲氨酸,染色體畸變類型,在下一次細(xì)胞分裂時(shí)斷片因無著絲點(diǎn)，故不能進(jìn)入分裂的核中而滯留在細(xì)胞質(zhì)中，稱為“微核”,染色體畸變類型,后果：穩(wěn)定的畸變(如倒位、易位)：染色體重排，可在機(jī)體或細(xì)胞群傳遞不穩(wěn)定畸變

9、（無著絲粒斷片、環(huán)狀染色體）：因喪失重要遺傳物質(zhì)或有絲分裂障礙致細(xì)胞死亡。,發(fā)病率：1/800，1.25‰，以10億人口計(jì)， 1.25‰x10億=125萬。 體征：智力發(fā)育不全，發(fā)育遲緩，面容呆滯，眼 距寬。眼裂小，外眼角上斜，鼻根扁平，張口伸 舌，流涎水缺乏抽象的思維能力，只會(huì)發(fā)單音節(jié)。 常伴有四肢、五官、內(nèi)臟、皮膚等方面的異常。  50%患者伴有先天性心臟病，是死亡的主要原因。白血病的發(fā)病率

10、高于常人20倍。,Down 綜合征-為21-三體syndrome,Down（唐氏）綜合征患者,第三節(jié) 化學(xué)毒物致突變作用的機(jī)制及后果,突變的DNA變化,堿 基 錯(cuò) 配,平面大分子嵌入DNA鏈,堿基類似物取代,堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)改變或破壞,,,,,1.,二聚體形成DNA加合物形成DNA蛋白交聯(lián)物形成,DNA鏈?zhǔn)軗p,堿基損傷,2.,突變細(xì)胞分裂過程改變,其它：,3.,,,突變后果,1.生殖細(xì)胞突變,致死性突變非致死性突變,（

11、妊娠最初3個(gè)月自然流產(chǎn)中有60%有染色體畸變 ）,（3）其它： 衰老 心腦血管疾病 ……,2.體細(xì)胞突變,第四節(jié) 機(jī)體對(duì)致突變作用的影響,一、DNA損傷的修復(fù),光復(fù)活“適應(yīng)性”反應(yīng)切除修復(fù)呼救性修復(fù)（SOS）復(fù)制后修復(fù),突 變,遺傳物質(zhì),終致突變物質(zhì)＋DNA,,,解毒,,第五節(jié) 觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法,,,觀察項(xiàng)目的選擇,1983年國際環(huán)境致突變物防護(hù)委員會(huì)（ICPEMC）提

12、出的致突變?cè)囼?yàn)遺傳學(xué)終點(diǎn),,基因突變?cè)囼?yàn)： 鼠傷寒沙門氏菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)（Ames試驗(yàn) ） 、哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因突變?cè)囼?yàn) 染色體畸變?cè)囼?yàn)： 染色體分析 、微核試驗(yàn) DNA損傷試驗(yàn) ： 姐妹染色單體交換(SCE)試驗(yàn) 、程序外DNA合成試驗(yàn),化學(xué)致突變物的檢測(cè),Ames試驗(yàn),檢測(cè)受試物誘發(fā)鼠傷寒沙門氏菌組氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株(his-)回復(fù)突變成野生型(his+)的能力。試驗(yàn)菌株都有組氨酸突變(his-)，不能自行

13、合成組氨酸，在不含組氨酸的最低營養(yǎng)平皿上不能生長，回復(fù)突變成野生型后能自行合成組氨酸，可在最低營養(yǎng)平皿上生長成可見菌落。 計(jì)數(shù)最低營養(yǎng)平皿上的回變菌落數(shù)來判定受試物是否有致突變性 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)菌株有四種：TA97和TA98檢測(cè)移碼突變, TA100檢測(cè)鹼基置換突變,TA102對(duì)醛、過氧化物及DNA交聯(lián)劑較敏感。,用 Ames法檢測(cè)誘變劑,微核試驗(yàn),經(jīng)致突變物作用后，染色體無著絲點(diǎn)斷片或因紡錘體受損傷而丟失的整個(gè)染色體在細(xì)胞分裂的后期仍留

14、在子細(xì)胞的胞質(zhì)內(nèi)，成為一個(gè)或幾個(gè)規(guī)則的次核，稱為微核。常用嚙齒類動(dòng)物骨髓嗜多染紅細(xì)胞(PCE)微核試驗(yàn)。PCE是紅細(xì)胞成熟的一個(gè)階段，此時(shí)紅細(xì)胞的主核已排出，微核容易辯認(rèn).,微核實(shí)驗(yàn)進(jìn)展,體外微核：CHL/CHO/V79外周血微核實(shí)驗(yàn)雙核細(xì)胞法免疫熒光染色法、熒光原位雜交,姐妹染色單體交換(SCE)試驗(yàn),SCE是染色體同源座位上DNA復(fù)制產(chǎn)物的相互交換，SCE可能與DNA的斷裂和重接有關(guān)，提示DNA損傷。,即經(jīng)兩個(gè)分裂周期后，

15、兩條染色單體，其中一條DNA鏈的雙股內(nèi)T被BrdU取代，另一條只有一股被取代。用染色劑處理，使雙股含BrdU的染色單體著色淺淡，單股含BrdU的染色單體著色深。光鏡下計(jì)數(shù)SCE數(shù),單細(xì)胞凝膠電泳實(shí)驗(yàn)（SCGE）,幾種遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)的哺乳動(dòng)物性細(xì)胞致突變物篩檢可靠性評(píng)價(jià), 試 驗(yàn) 靈敏性(%) 特異性(%) 準(zhǔn)確性(％) Ames試驗(yàn) 17/19 (89%)

16、3/10 (30%) 20/29 (69%) 骨髓細(xì)胞染色體畸 18/18 (100%) 2/10 (20%) 20/28 (71%) 變?cè)囼?yàn)或微核試驗(yàn) 顯性致死試驗(yàn) 18/18 (100%) 8/10 (80%) 26/28 (93%),,,,復(fù)習(xí)題,毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用對(duì)照的種類和意義毒性評(píng)價(jià)試驗(yàn)的基本目的亞慢性、慢性和急性毒性的概念和研究目的亞/慢性、急性毒性實(shí)