《DNA复制与修复机制》课件.pptVIP

*************************************DNA损伤检查点1G1/S检查点阻止细胞携带损伤的DNA进入S期2S期内检查点减缓DNA复制速度，允许修复3G2/M检查点防止细胞带着未修复的DNA进入有丝分裂DNA损伤检查点是细胞感知并响应DNA损伤的信号转导通路，确保DNA损伤在细胞周期关键点之前得到修复。当检测到DNA损伤时，检查点被激活，引起细胞周期暂停、DNA修复基因表达上调以及在某些情况下触发细胞凋亡。这些检查点是维持基因组稳定性的重要机制。DNA损伤检查点的核心组件包括感应蛋白（如ATM和ATR激酶）、信号转导蛋白（如Chk1和Chk2激酶）和效应蛋白（如p53和Cdc25磷酸酶）。当DNA受损时，ATM和ATR激活后磷酸化多种底物，启动级联信号反应。不同类型的DNA损伤激活不同的检查点通路：双链断裂主要激活ATM-Chk2通路，而复制应激和单链DNA主要激活ATR-Chk1通路。p53蛋白的作用蛋白结构与激活p53是一个转录因子，在正常细胞中含量低且半衰期短。DNA损伤时，p53通过多种翻译后修饰（如磷酸化、乙酰化）被激活和稳定化，主要由ATM、ATR和DNA-PK等激酶介导。激活的p53以四聚体形式结合特定DNA序列，调控靶基因表达。细胞周期调控p53是细胞周期G1/S和G2/M检查点的关键调控因子。它通过上调p21（一种细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂）表达，抑制CDK活性，阻滞细胞周期。这为DNA修复提供时间窗口，防止损伤的DNA被复制或传递给子代细胞。凋亡调控当DNA损伤严重到无法修复时，p53促进细胞凋亡，清除可能威胁机体的异常细胞。p53通过上调多种促凋亡基因的表达（如BAX、PUMA、NOXA）和下调抗凋亡基因（如BCL-2），启动内源性凋亡通路。p53还可通过非转录途径，直接与线粒体蛋白互作，促进细胞凋亡。细胞周期调控与DNA修复非同源末端连接(NHEJ)同源重组修复(HR)碱基切除修复(BER)核苷酸切除修复(NER)错配修复(MMR)DNA修复与细胞周期进程紧密协调，确保基因组稳定性。不同的修复途径在细胞周期各阶段的活性不同：碱基切除修复(BER)和核苷酸切除修复(NER)在整个细胞周期都活跃；错配修复(MMR)主要在S期活跃，与复制耦联；而双链断裂修复通路的选择与细胞周期阶段密切相关——非同源末端连接(NHEJ)在所有阶段都活跃，但在G1期占主导，而同源重组修复(HR)则主要在S和G2期进行。ATM和ATR激酶是协调DNA修复与细胞周期的关键分子。当检测到DNA损伤时，ATM/ATR被激活，一方面通过磷酸化Chk1/Chk2激活细胞周期检查点，暂停细胞周期；另一方面直接磷酸化修复蛋白，促进其活性或招募。这种协调确保DNA损伤在细胞分裂前得到修复，维护基因组的完整性。DNA修复与癌症修复基因突变与肿瘤易感性多种DNA修复基因的生殖系突变与癌症易感性增加相关。例如，错配修复基因(MLH1,MSH2等)的突变导致Lynch综合征(遗传性非息肉性结肠癌)；BRCA1/2基因(参与同源重组修复)的突变增加乳腺癌和卵巢癌风险；XP基因(参与核苷酸切除修复)的突变导致色素性干皮病，患者对紫外线极为敏感且皮肤癌发生率大大增加。修复缺陷与癌症特征DNA修复缺陷是癌细胞的常见特征，有助于肿瘤的发生和进展。修复缺陷导致基因组不稳定性增加，促进突变积累，加速癌变过程。不同类型的修复缺陷导致特定的基因组变异模式，形成所谓的突变签名，可作为肿瘤分类和治疗决策的依据。例如，HR缺陷肿瘤通常对铂类药物和PARP抑制剂敏感。靶向修复缺陷的治疗策略癌细胞的修复缺陷可以被用作治疗靶点，这就是所谓的合成致死策略。最成功的例子是PARP抑制剂治疗BRCA1/2缺陷的乳腺癌和卵巢癌。正常细胞有多种修复途径可以应对DNA损伤，而BRCA缺陷细胞对PARP介导的修复更为依赖；当PARP被抑制时，BRCA缺陷细胞无法有效修复损伤，导致细胞死亡。DNA修复与衰老1损伤积累理论DNA损伤积累是衰老的重要机制之一。随着年龄增长，内源性和外源性因素持续产生DNA损伤，而修复系统的效率逐渐下降，导致损伤积累加速。这些未修复的损伤影响基因表达和细胞功能，最终导致组织衰退和衰老相关疾病的发生。线粒体DNA尤其容易受到氧化损伤，其积累与多种衰老表型相关。2加速衰老综合征多种早衰综合征与特定DNA修复通路缺陷直接相关。例如，Werner综合征由RecQ型解旋酶WRN基因突变引起，表现为过早衰老、白发、皮肤萎缩和高发癌风险；Cockayne综合征由参与转录耦联修复的CSA或CSB基因突