《DNA的复制与修复过程》课件

的复制与修复过程DNA遗传信息传递的分子基础课程概述基本原理DNA复制与修复的核心概念分子机制DNA复制过程与关键酶类修复途径DNA损伤修复与生物学意义临床意义DNA复制修复在疾病中作用的基本结构DNA双螺旋结构碱基配对骨架拓扑形式DNAWatson-Crick模型A-T，G-C特异性结合磷酸二酯键连接脱氧核糖超螺旋与松弛状态分子结构特点DNA纳米纳米

23.4DNA直径完整螺旋上升双螺旋宽度10个碱基对纳米亿

0.3430碱基间距人类基因组碱基对相邻碱基的距离3×10⁹碱基对功能区域DNA编码区非编码区外显子，占人类基因组

1.5%内含子、调控序列重复序列特殊结构卫星DNA、散在重复端粒、着丝粒复制的重要性DNA细胞分裂前提完整复制是细胞分裂必要条件DNA遗传信息传递准确度高，错误率低于⁻10⁹生长发育基础支持多细胞生物体发育进化变异基础分子水平变异机制复制的基本原理DNA半保留复制实验证明Meselson-Stahl半不连续性领先链连续，滞后链片段式定向合成只能方向合成5→3引物需求引物起始，随后连接RNA复制始动DNA复制起始点识别特定序列被识别为复制起点预复制复合物组装在起始点形成pre-RC解旋DNA双链解开，单链结合蛋白稳定引物合成引物酶复合物招募复制起始点特征原核生物单一起始点真核生物多起始点，人类约个30,000序列特征富含的复制起始元件AT时序控制细胞周期中严格调控复制叉形成与进展解旋复制叉组成协调合成DNA解旋酶活性打开双链多蛋白复合物replisome领先链与滞后链同步合成聚合酶家族DNA类型原核生物真核生物主要复制酶DNA聚合酶III DNA聚合酶δ和ε修复酶DNA聚合酶I和II DNA聚合酶β线粒体-DNA聚合酶γ特点高保真度多功能结构域聚合酶与的关键作用DNAδε聚合酶聚合酶共同特点DNAδDNAε滞后链合成主力领先链合成主力校对功能•高保真度•连续合成•3→5外切酶活性•与PCNA互作•高处理速率•错误校正能力滞后链合成冈崎片段形成个核苷酸长度100-200引物合成RNA个核苷酸长度10-12片段延伸3聚合酶引物酶复合物α-片段成熟引物去除与片段连接引物去除与片段连接引物识别降解RNA接合处识别聚合酶与活性RNA-DNA DNAI RNaseH连接合成DNA连接酶催化成熟聚合酶填补缺口DNA DNAI真核生物复制复合物真核生物复制机器包括复合体、、滑动钳、装载复合物等关键组分CMG RPAPCNA RFC拓扑异构酶的作用DNA超螺旋解除拓扑异构酶拓扑异构酶I II缓解复制过程中扭曲应临时切断单链释放张力双链切断与交换机制力药物靶点多种抗癌药物针对拓扑异构酶端粒复制问题1末端复制问题线性染色体末端无法完全复制2端粒酶结构蛋白质与组分构成RNA3逆转录机制利用模板延伸末端RNA DNA4细胞衰老关联端粒缩短触发复制衰老染色体复制的时空调控损伤类型DNA内源性损伤氧化、去嘌呤、去嘧啶反应外源性损伤紫外线、化学物质、辐射碱基错配复制过程中引入的错误双链断裂最严重的损伤形式DNA损伤的数据统计DNA100,000每日损伤量每个细胞每天发生损伤次数100紫外损伤速率每秒形成的胸腺嘧啶二聚体数1,000辐射损伤效应每戈瑞产生的单链断裂数70%氧化损伤比例氧化性损伤在总损伤中占比氧化损伤DNA活性氧攻击ROS对DNA的氧化作用8-氧代鸟嘌呤常见氧化损伤产物线粒体DNA高氧化敏感性区域紫外线引起的损伤DNA环嘧啶二聚体光产物光谱影响6-4是主要光损伤产物扭曲结构、、作用不同CPD6-4PP DNAUVA UVBUVC烷基化损伤烷基化损伤包括甲基化、乙基化等烷基加成反应，主要位点包括甲基鸟嘌呤、甲基鸟嘌呤等N7-O6-链断裂DNA单链断裂•一条链断裂•相对易修复•可由化学物质引起双链断裂•两条链同时断裂•高度致命损伤•可能导致染色体断裂断裂末端•化学修饰多样•影响修复途径选择•需特异性处理检测方法•彗星实验•γH2AX染色•脉冲场凝胶电泳修复机制概述DNA多重修复路径疾病关联互补作用保障修复效率修复缺陷导致多种疾病进化保守性能量需求从原核到真核高度保守修复过程消耗大量能量直接修复光反应酶自杀反应MGMT转移甲基基团至自身残基利用光能直接修复二聚体酶接受烷基后失活碱基切除修复BER损伤识别糖苷酶识别特定损伤DNA碱基切除形成无碱基位点链切断内切酶切断骨架APE1合成填充聚合酶填充，连接酶封闭核苷酸切除修复NER错配修复MMR错配识别蛋白识别碱基错配MutS/MSH修复蛋白招募蛋白协调修复MutL/MLH子链识别区分模板链与新合成链切除合成错配区域切除并重新合成同源重组修复HR1末端处理DSB末端降解形成单链尾53同源搜索介导入侵同源序列RAD513合成DNA使用同源模板进行修复合成结构解析结构形成与解析Holliday非同源末端连接NHEJ断裂识别识别断裂末端Ku70/80激酶活化活化触发级联反应DNA-PK末端处理3蛋白修剪末端Artemis连接完成修复XRCC4-Ligase IV转录偶联修复聚合酶停滞RNA聚合酶II在损伤处阻断CSA/CSB识别识别停滞的转录复合物优先修复活跃基因优先获得修复损伤响应信号通路DNA损伤识别信号转导传感蛋白发现损伤激酶激活DNA ATM/ATR细胞周期停滞损伤标记激活细胞周期检查点磷酸化标记损伤区域p53γH2AX复制错误与修复复制滑移重复序列引起的聚合酶滑移聚合酶错误不正确碱基配对引入错配复制叉停滞遇障碍导致复制叉阻断复制叉塌陷停滞叉结构崩溃形成断裂复制叉停滞与重启复制叉稳定叉回退重启途径FPC保护停滞复制叉形成鸡爪结构保护受损区域多种机制重新激活复制叉跨损伤合成TLS族聚合酶低保真度泛素化Y PCNA专门处理损伤突变倾向性高调控TLS聚合酶的特殊聚合酶招募疾病关联变异型与XP缺陷相关TLS复制过程中的重组修复复制依赖性重组姐妹染色单体交换交叉结构解析复制中启动的同源重组修复SCE利用姐妹染色单体作模板BLM解旋酶处理交叉中间体断裂修复无损交换避免交联•••叉重启高保真度防止基因组不稳定•••蛋白交联修复DNA-DPC形成DPC蛋白与共价连接DNA蛋白酶体降解通过泛素化途径降解切割SPRTN专一性金属蛋白酶切割作用后续修复常规修复途径完成修复修复的调控机制DNA转录调控响应元件激活修复基因p53翻译后修饰磷酸化、泛素化、化SUMO蛋白组装复合物动态组装与解聚染色质环境染色质结构影响修复效率修复缺陷与疾病修复基因缺陷导致多种疾病，如色素性干皮病、范可尼贫血、遗传性结直肠癌等DNA色素性干皮病XP布鲁姆综合征与范可尼贫血布鲁姆综合征范可尼贫血共同特点BLM解旋酶缺陷FANC基因家族缺陷染色体不稳定性疾病•高SCE频率•DNA交联修复缺陷•癌症易感性染色体不稳定骨髓衰竭发育异常•••早发多种癌症先天畸形常染色体隐性遗传•••利佛美尼综合征-LFS胚系突变TP531损伤响应中枢缺陷DNA细胞周期失控凋亡与修复机制异常早发多种癌症平均发病年龄显著降低家族性遗传常染色体显性遗传模式遗传性非息肉性结直肠癌HNPCC微卫星不稳定MSI-H是主要特征错配修复缺陷MLH

1、MSH2等基因突变临床表现结直肠癌高风险80%修复与治疗应用靶向治疗合成致死2针对修复途径弱点利用修复缺陷特征基因编辑个体化医疗修复遗传缺陷基于修复能力定制方案抑制剂治疗PARP4100×FDA批准药物选择性毒性已获批PARP抑制剂数量对BRCA缺陷细胞的选择比60%47%反应率无进展生存率BRCA突变患者治疗反应率相比传统治疗提高比例免疫检查点抑制与修复缺陷错配修复缺陷1导致高突变负荷新抗原产生增加免疫系统识别能力免疫检查点抑制抑制剂治疗效果好PD-1/PD-L1泛癌种生物标志物作为免疫治疗预测因子MSI-H损伤响应抑制剂DNA类型代表药物临床研究阶段主要适应症ATM抑制剂AZD0156I/II期实体瘤ATR抑制剂AZD6738II/III期卵巢癌DNA-PK抑制CC-115I期放疗增敏剂Wee1抑制剂Adavosertib II期多种实体瘤基因编辑修复遗传缺陷系统CRISPR-Cas9精确编辑特定序列DNA引导设计RNA针对修复基因突变位点同源重组修复使用供体修复缺陷DNA临床转化基因治疗伦理与安全考量总结与未来展望协同进化复制与修复系统共同发展健康贡献修复研究改善人类健康辅助AI人工智能加速靶点发现精准医疗个体化修复机制应用。