1、DNA 损伤效应- DDR,Bradly G. WoutersOntario Cancer InstitutePrincess Margaret HospitalToronto, Canadabwoutersuhnresearch.ca,电离辐射损伤的主要靶点,电离辐射损伤的主要靶点,DNA 损伤效应,磷酸化的脱氧核糖骨架,腺嘌呤,腺嘌呤,胸腺嘧啶,鸟嘌呤,胞嘧啶,DNA 的内源性损伤,每个人体细胞每天发生:50,000 单链断裂10,000 去嘌呤600 去氨基2000 氧化碱基损伤5000 烷化损伤10 DNA交联10 双链断裂,电离辐射损伤,DNA是初始靶1Gy 低 LET X射线产生:
2、1000 单链断裂40 双链断裂1000 碱基改变电离辐射与紫外线比较1000000个二聚体形成 = 40个双链断裂,多发损伤位点,被修复的唯一分子,Protein,转录,翻译,RNA,DNA,DNA 修复与癌症,大多数抗癌剂通过损伤DNA发挥作用DNA损伤效应影响放射敏感性,Human tumor cells,Human fibroblasts,0,2,4,6,8,10,12,Dose (Gy),0.001,0.01,0.1,1,Surviving fraction,0,2,4,6,8,10,12,Dose (Gy),0.001,0.01,0.1,1,Surviving fraction,D
3、NA 损伤效应：基本途径,庞大的激酶: ATM / ATR / DNA-PKcs (SCID gene),cdc25A,C / BRCA1 /Chk1,2 / cohesin,早期凋亡,细胞周期检验点,基因表达,DNA修复,生物学通路,辐射的初始细胞效应,损伤感受器,DNA损伤感受器,损伤信号途径,效应器途径,检验点,DNA修复,细胞死亡,感受器,ATM - PIKK 激酶- 共济失调毛细血管扩张综合征患者中突变- 患者对辐射敏感- 被DNA损伤 (DSB)活化, 磷酸化很多蛋白MRN- 对ATM活化、募集很重要-参与处理损伤- 核酸酶活性,DNAPKcs- PIKK激酶- 被DNA损伤 (D
4、SB)活化- 直接参与修复Ku- DNA 末端结合蛋白- 识别损伤，募集 DNAPKcs,ATR - PIKK激酶- ATM 和rad3 相关激酶- 不参与识别 DSB- 对复制应激、延缓复制叉很重要- 常在DSB修复期活化,电离辐射诱发灶 - IRIF,IRIF,照射后迅速形成 几分钟在损伤部位发生诱发灶可扩大至断点周围的广大区域为信号传导和DNA修复创建了平台,电离辐射诱发灶 - IRIF,1) 信号途径 细胞死亡,G1 关卡和早期凋亡,前凋亡基因 (BAX),早期凋亡,死亡,几分钟,1小时,几小时,2) 信号途径 检验点,细胞周期每个时相都有检验点,检验点,DNA损伤?营养?生长因子?,
5、细胞周期进程,辐射诱导4个明显的检验点,G1检验点和早期凋亡,阻滞,适用于在G1时相被照射的细胞,S-时相检验点,感受器:ATM,传感器:Chk2 (Chk1),效应器:Cdc25a,无活性,活性,细胞周期进程,适用于在S时相被照射的细胞,S-时相检验点,辐射抗拒的DNA合成 (RDS),Normal,Dose,DNA Synthesis,AT,G2早期检验点,Mitosis,活化的 MPF,P,感受器:ATMATR,信号传导:Chk2Chk1,效应器:Cdc25c,未活化的 MPF,细胞在 G2期受照射 阻止进入有丝分裂期,14-3-3,G1, S 和 G2 早期检验点,照射后被迅速活化阻止
6、细胞进入下一个细胞周期时相对内源性放射敏感性不重要对单次剂量!在癌症中经常改变对避免突变很重要照射后肿瘤细胞和正常细胞的增殖不同参与早期衰老的活化,G2晚期检验点,Mitosis,活化的MPF,P,感受器:ATR,信号传导:Chk1,效应器:Cdc25c,未活化的 MPF,细胞在 G1/S期受照射 积聚在 G2期,14-3-3,G2晚期检验点,并非初始 DDR的组成部分在照射后数小时变得显著G1, S和G2 时相照射受损的细胞进入有丝分裂期活化检测点保护作用：防止有丝分裂失败对放射敏感性重要,检验点和放射敏感性,检验点缺失影响照射后肿瘤细胞增殖影响分次照射中细胞周期再分布，由于检验点缺失，肿瘤
7、细胞照射后周期再分布有所不同,3) DNA修复,X线氧自由基烷化剂自发反应,紫外线多环芳香烃,X线抗肿瘤药,复制错误,尿嘧啶脱碱基位点8氧鸟嘌呤单链断裂,加合物CPD,链间交联双键断裂,碱基剪切修复（BER),A-G错配T-C错配插入缺失,核苷剪切修复（NER),重组修复（HR， EJ),错配修复,DNA 修复 与分割,分割效应主要源于 DNA修复 恢复时间与修复时间相似,双链断裂的修复,同源重组(HR),非同源末端连接(NHEJ),非同源末端连接（NHEJ）,同源重组（HR）,HR 和 NHEJ,细胞周期依赖的同源重组修复,G 1,G 2,同源重组修复需要同源模版,Not in mammal
8、ian cells,同源重组（HR）,非同源末端连接（NHEJ）,细胞周期中的DNA修复,S 期细胞因同源重组而对辐射较为抗拒,HR 和 NHEJ,NHEJ修复 80%的双链断裂对放射敏感性很重要易出现错误存在于整个周期在所有细胞中类似,HR修复20%的双链断裂对放射敏感性不重要不出现错误存在于S 和 G2期 是细胞周期敏感性改变的原因在不同细胞系区别大 (干细胞中比例高)在癌细胞中普遍缺失,FANCD2 和BRCA2影响HR修复子,修复子的募集作用HR,FanD2,BRCA1 协助HR修复子募集蛋白,同源重组 - HR,双链断裂的精确修复需要一个姐妹染色单体做未受损模板,非同源末端连接,非同源末端连接,Surviving fraction,Dose (Gy),DNA-PK缺失小鼠的所有肿瘤都对辐射敏感,末端连接缺失导致极其的放射敏感,临床：DNA修复抑制剂,BRCA 肿瘤 同源重组 PARP (碱基切除修复),DNA损伤反应总结,双链断裂是电离辐射产生的最重要损伤双链断裂能被 ATM 和 MRN识别凋亡 (罕见)检验点激活DNA 修复修复需要庞大的修复系统，包括许多蛋白NHEJ(DNAPKcs, Ku70/80, Artemis, XRCC4, Ligase)HR (BRCA1/2, Rad51/52, FANCD2)DNA修复系统的功能障碍导致极度的放射敏感,
