《药物组学课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《药物组学课件.pptx（89页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第七、八、九、十章1 1基因组学时代已经到来n n1990年人类基因组计划的启动，至2001年公布人类基因组图谱及初步分析结果，基因组学时代已经到来。这无疑是人类生命科学历史上的一个重大里程碑。n n人类基因组计划的顺利实施，真正成为生命科学领域第一项巨大的科学工程，催生孕育了基因组学的诞生。n n 2 2基因组学成为多学科相互渗透的基因组学成为多学科相互渗透的“大科大科学学”n n生物学科、医学、药学、计算机科学、化生物学科、医学、药学、计算机科学、化学、数学、物理学、电子工程学、考古学学、数学、物理学、电子工程学、考古学和地学等和地学等n n基因组学无疑已成为当前和今后相当长的基因组学无疑
2、已成为当前和今后相当长的时期内较活跃和影响较大的生物科学前沿时期内较活跃和影响较大的生物科学前沿学科之一。学科之一。3 34 4主要内容n n第七章 药物基因组学n n第八章 药物转录组学n n第九章 药物蛋白质组学n n 第十章药物代谢组学5 5n n1.药物基因组学的诞生和发展药物基因组学的诞生和发展n n（1 1）诞生）诞生）诞生）诞生 早在早在早在早在2020世纪世纪世纪世纪5050年代，人们就发现不同年代，人们就发现不同年代，人们就发现不同年代，人们就发现不同的遗传背景会导致药物反应的的遗传背景会导致药物反应的的遗传背景会导致药物反应的的遗传背景会导致药物反应的个体差异（不同个体个体
3、差异（不同个体个体差异（不同个体个体差异（不同个体对同一药物同一剂量的反应存在量与质的差别）。对同一药物同一剂量的反应存在量与质的差别）。对同一药物同一剂量的反应存在量与质的差别）。对同一药物同一剂量的反应存在量与质的差别）。n n7070年代末，杰弗里提出基因组中每年代末，杰弗里提出基因组中每年代末，杰弗里提出基因组中每年代末，杰弗里提出基因组中每100100个碱基中就个碱基中就个碱基中就个碱基中就会有会有会有会有1 1个出现变异。个出现变异。个出现变异。个出现变异。8080年代后期，这些差异被引进年代后期，这些差异被引进年代后期，这些差异被引进年代后期，这些差异被引进药物遗传学，并首次阐明
4、了药物遗传学，并首次阐明了药物遗传学，并首次阐明了药物遗传学，并首次阐明了细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素P450P450酶系中酶系中酶系中酶系中的的的的CYP2D6CYP2D6的基因多态性可以导致病人对药物的代的基因多态性可以导致病人对药物的代的基因多态性可以导致病人对药物的代的基因多态性可以导致病人对药物的代谢出呈现快代谢和慢代谢两种不同的方式。谢出呈现快代谢和慢代谢两种不同的方式。谢出呈现快代谢和慢代谢两种不同的方式。谢出呈现快代谢和慢代谢两种不同的方式。第七章 药物基因组学6 6一一.药物基因组学的介绍药物基因组学的介绍n n到到到到2020世纪末，由于分子生物学的发展、分子遗传学世纪
5、末，由于分子生物学的发展、分子遗传学世纪末，由于分子生物学的发展、分子遗传学世纪末，由于分子生物学的发展、分子遗传学的发展和人类基因组计划的顺利实施，的发展和人类基因组计划的顺利实施，的发展和人类基因组计划的顺利实施，的发展和人类基因组计划的顺利实施，人类基因的人类基因的人类基因的人类基因的多态性不断被发现和证实，多态性不断被发现和证实，多态性不断被发现和证实，多态性不断被发现和证实，人们认识到人体的许多人们认识到人体的许多人们认识到人体的许多人们认识到人体的许多基因都参与药物在体内的过程，药物在体内的反应基因都参与药物在体内的过程，药物在体内的反应基因都参与药物在体内的过程，药物在体内的反应
6、基因都参与药物在体内的过程，药物在体内的反应和代谢也涉及到多个基因的相互作用。和代谢也涉及到多个基因的相互作用。和代谢也涉及到多个基因的相互作用。和代谢也涉及到多个基因的相互作用。n n基因多态性导致了药物反应的多样性，并在药物遗基因多态性导致了药物反应的多样性，并在药物遗基因多态性导致了药物反应的多样性，并在药物遗基因多态性导致了药物反应的多样性，并在药物遗传学基础上发展起来了药物基因组学，传学基础上发展起来了药物基因组学，传学基础上发展起来了药物基因组学，传学基础上发展起来了药物基因组学，人类开始从人类开始从人类开始从人类开始从基因组基因组基因组基因组水平研究药物反应的个体差异。从而形成了
7、水平研究药物反应的个体差异。从而形成了水平研究药物反应的个体差异。从而形成了水平研究药物反应的个体差异。从而形成了一门以基因多态性为基础研究药物效应的个体间差一门以基因多态性为基础研究药物效应的个体间差一门以基因多态性为基础研究药物效应的个体间差一门以基因多态性为基础研究药物效应的个体间差异及其规律的新兴交叉学科，即药物基因组学。异及其规律的新兴交叉学科，即药物基因组学。异及其规律的新兴交叉学科，即药物基因组学。异及其规律的新兴交叉学科，即药物基因组学。7 7一一.药物基因组学的介绍药物基因组学的介绍n n药物基因组学（药物基因组学（药物基因组学（药物基因组学（pharmacogenomics
8、pharmacogenomics）是研究）是研究）是研究）是研究遗传变异与药物反应相互关系的一门学科，是以遗传变异与药物反应相互关系的一门学科，是以遗传变异与药物反应相互关系的一门学科，是以遗传变异与药物反应相互关系的一门学科，是以提高药物的疗效和安全性为目标。提高药物的疗效和安全性为目标。提高药物的疗效和安全性为目标。提高药物的疗效和安全性为目标。n n是利用人类基因组学研究不同人群（个体）基因是利用人类基因组学研究不同人群（个体）基因是利用人类基因组学研究不同人群（个体）基因是利用人类基因组学研究不同人群（个体）基因组的组的组的组的遗传学差异对药物反应的影响遗传学差异对药物反应的影响遗传学
9、差异对药物反应的影响遗传学差异对药物反应的影响，以促进新药，以促进新药，以促进新药，以促进新药开发和临床个体化用药的学科。药物基因组学是开发和临床个体化用药的学科。药物基因组学是开发和临床个体化用药的学科。药物基因组学是开发和临床个体化用药的学科。药物基因组学是在药物遗传学（遗传药理学）的基础上发展起来在药物遗传学（遗传药理学）的基础上发展起来在药物遗传学（遗传药理学）的基础上发展起来在药物遗传学（遗传药理学）的基础上发展起来的。的。的。的。n n一句话：研究个体遗传变异对药物应答的影响。一句话：研究个体遗传变异对药物应答的影响。一句话：研究个体遗传变异对药物应答的影响。一句话：研究个体遗传变
10、异对药物应答的影响。8 8n n药物基因组学不是以发现新基因、探明疾病的发生药物基因组学不是以发现新基因、探明疾病的发生药物基因组学不是以发现新基因、探明疾病的发生药物基因组学不是以发现新基因、探明疾病的发生机制和预见发病风险为目的，而是利用已知的基因机制和预见发病风险为目的，而是利用已知的基因机制和预见发病风险为目的，而是利用已知的基因机制和预见发病风险为目的，而是利用已知的基因组学理论，研究遗传因素对药物反应的影响，或以组学理论，研究遗传因素对药物反应的影响，或以组学理论，研究遗传因素对药物反应的影响，或以组学理论，研究遗传因素对药物反应的影响，或以药物效应和安全性为主要目标，研究药物动力
11、学和药物效应和安全性为主要目标，研究药物动力学和药物效应和安全性为主要目标，研究药物动力学和药物效应和安全性为主要目标，研究药物动力学和药效学差异的基因特征，以及基因变异所致的不同药效学差异的基因特征，以及基因变异所致的不同药效学差异的基因特征，以及基因变异所致的不同药效学差异的基因特征，以及基因变异所致的不同个体对药物的不同反应。个体对药物的不同反应。个体对药物的不同反应。个体对药物的不同反应。n n从基因水平研究基因序列的多态性与药物效应多样从基因水平研究基因序列的多态性与药物效应多样从基因水平研究基因序列的多态性与药物效应多样从基因水平研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间的关系。性之
12、间的关系。性之间的关系。性之间的关系。9 9基因组DNA序列多态性n n生命的遗传信息存储于生命的遗传信息存储于生命的遗传信息存储于生命的遗传信息存储于DNA DNA 序列之中，基因组序列之中，基因组序列之中，基因组序列之中，基因组DNA DNA 序列的变异是物种遗传多样性的基础。序列的变异是物种遗传多样性的基础。序列的变异是物种遗传多样性的基础。序列的变异是物种遗传多样性的基础。n nDNADNA的多态性的多态性的多态性的多态性：在长期的进化和适应环境的过程：在长期的进化和适应环境的过程：在长期的进化和适应环境的过程：在长期的进化和适应环境的过程中在正常群体中，由于各个体中在正常群体中，由于
13、各个体中在正常群体中，由于各个体中在正常群体中，由于各个体DNADNA分子的某些位分子的某些位分子的某些位分子的某些位点发生点发生点发生点发生突变突变突变突变，产生基因序列差异的现象被称为基，产生基因序列差异的现象被称为基，产生基因序列差异的现象被称为基，产生基因序列差异的现象被称为基因（或因（或因（或因（或DNADNA）多态性。）多态性。）多态性。）多态性。n n人类基因组中约人类基因组中约人类基因组中约人类基因组中约0.1%0.1%差异序列。包含了重要的差异序列。包含了重要的差异序列。包含了重要的差异序列。包含了重要的个体遗传差异信息，造成了人们患病的不同和对个体遗传差异信息，造成了人们患
14、病的不同和对个体遗传差异信息，造成了人们患病的不同和对个体遗传差异信息，造成了人们患病的不同和对药物的不同反应。药物的不同反应。药物的不同反应。药物的不同反应。1010分子标记的概念 n nDNADNA序列差异形成的序列差异形成的分子标记分子标记可以反映群体中可以反映群体中存在的差异个体。存在的差异个体。n n广义的分子标记广义的分子标记(molecular marker)(molecular marker)是指可是指可遗传的并可检测的遗传的并可检测的DNADNA序列和蛋白质。序列和蛋白质。n n狭义的分子标记概念只是指狭义的分子标记概念只是指DNADNA标记，而这个标记，而这个界定现在被广泛
15、采纳：界定现在被广泛采纳：能反映生物个体或种能反映生物个体或种群间基因组中某种差异特征的群间基因组中某种差异特征的DNADNA片段，它直片段，它直接反映基因组接反映基因组DNADNA间的差异。间的差异。1111分子遗传标记的特点n n无表型效应n n不受环境的限制和影响n n普遍存在于所有生物n n数量丰富等特殊优势1212分子标记的种类分子标记的种类 n nDNA DNA 分子标记在过去分子标记在过去分子标记在过去分子标记在过去20 20 年得到了迅速发展年得到了迅速发展年得到了迅速发展年得到了迅速发展,主要可分成三主要可分成三主要可分成三主要可分成三个世代，大致可分为三大类。个世代，大致可
16、分为三大类。个世代，大致可分为三大类。个世代，大致可分为三大类。第一类是以第一类是以第一类是以第一类是以分子杂交为核心的分子标记技术分子杂交为核心的分子标记技术分子杂交为核心的分子标记技术分子杂交为核心的分子标记技术，如：，如：，如：，如：限制性片段长度多态性标记（限制性片段长度多态性标记（限制性片段长度多态性标记（限制性片段长度多态性标记（Restriction fragment Restriction fragment length polymorphism,length polymorphism,简称简称简称简称RFLPRFLP标记）；标记）；标记）；标记）；n n其原理为其原理为其原理
17、为其原理为:碱基的改变与染色体结构的变化导致生碱基的改变与染色体结构的变化导致生碱基的改变与染色体结构的变化导致生碱基的改变与染色体结构的变化导致生物个体或种群之间物个体或种群之间物个体或种群之间物个体或种群之间DNA DNA 片段酶切位点的变化片段酶切位点的变化片段酶切位点的变化片段酶切位点的变化,用用用用限制性内切酶切割改变的限制性内切酶切割改变的限制性内切酶切割改变的限制性内切酶切割改变的DNA,DNA,将产生长短、种类、将产生长短、种类、将产生长短、种类、将产生长短、种类、数目不同的限制性片段数目不同的限制性片段数目不同的限制性片段数目不同的限制性片段,这些片段经聚丙烯酰胺凝这些片段经
18、聚丙烯酰胺凝这些片段经聚丙烯酰胺凝这些片段经聚丙烯酰胺凝胶电泳分离后就会呈现出不同的带状分布胶电泳分离后就会呈现出不同的带状分布胶电泳分离后就会呈现出不同的带状分布胶电泳分离后就会呈现出不同的带状分布,而具有而具有而具有而具有差异的差异的差异的差异的DNADNA片段就可通过片段就可通过片段就可通过片段就可通过SouthernSouthern杂交检测出来。杂交检测出来。杂交检测出来。杂交检测出来。1313第二类是第二类是以聚合酶链式反应（以聚合酶链式反应（以聚合酶链式反应（以聚合酶链式反应（PCRPCR反应）为核心的分子反应）为核心的分子反应）为核心的分子反应）为核心的分子标记技术标记技术标记技
19、术标记技术，包括：包括：随机扩增多态性随机扩增多态性随机扩增多态性随机扩增多态性DNADNA标记（简称标记（简称标记（简称标记（简称RAPDRAPD标记）；标记）；标记）；标记）；简单序列重复标记（简单序列重复标记（简单序列重复标记（简单序列重复标记（SSRSSR标记标记标记标记）或简单序列长度多态）或简单序列长度多态）或简单序列长度多态）或简单序列长度多态性（性（性（性（SSLPSSLP标记）；标记）；标记）；标记）；扩展片段长度多态性标记（扩展片段长度多态性标记（扩展片段长度多态性标记（扩展片段长度多态性标记（AFLPAFLP标记标记标记标记）；）；）；）；序列标位（序列标位（序列标位（序
20、列标位（Sequence tagged sites,Sequence tagged sites,简称简称简称简称STSSTS标记）标记）标记）标记）；1414n n第三类是第三类是以基因组序列为基础的一些新型的一些新型的分子标记分子标记，如：，如：单核苷酸多态性（单核苷酸多态性（Single nuleotide polymorphism,简称简称SNP标记标记）；）；表达序列标签（表达序列标签（Expressed sequences tags,简称简称EST标记）等。标记）等。1515定义：定义：主要是指在基因组水平上由单个核主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的苷酸的变异所引起的D
21、NA序列多态性。序列多态性。其比较的不是DNA的片段长度，而是相同序列长度里的单个碱基的差别。1996年，年，Lander报道了用单核苷酸多态性报道了用单核苷酸多态性标记（标记（single nucleotid polymorphism SNP）制备第三代遗传连锁图的遗传标记。制备第三代遗传连锁图的遗传标记。单核苷酸多核苷酸多态性性（single nucleotid polymorphism，SNP）1616n n单核苷酸多态性（单核苷酸多态性（SNPs）的发生频率最高，）的发生频率最高，人类人类DNA中每中每300个碱基对就有一个个碱基对就有一个SNP，因此，一个人类个体大约携带因此，一个人
22、类个体大约携带1000万个万个SNPs。1717SNP特点n n1.最常见的一种n n2.数量多、分布广n n3.具有遗传稳定性n n4.具有二态性n n5.可以建立单体型区域n n6.疾病遗传机制的候选改变位点1818SNP 的分布n n在基因组在基因组在基因组在基因组DNA DNA 中中中中,任何碱基均有可能发生变异任何碱基均有可能发生变异任何碱基均有可能发生变异任何碱基均有可能发生变异,因此因此因此因此SNP SNP 既既既既有可能在基因序列内有可能在基因序列内有可能在基因序列内有可能在基因序列内,也有可能在基因以外的非编码序列上。也有可能在基因以外的非编码序列上。也有可能在基因以外的非
23、编码序列上。也有可能在基因以外的非编码序列上。n n位于基因编码区的位于基因编码区的位于基因编码区的位于基因编码区的SNPSNP（cSNPcSNP），），），），cSNPcSNP又可分为两种又可分为两种又可分为两种又可分为两种:一种是同义一种是同义一种是同义一种是同义cSNP,cSNP,即即即即SN P SN P 所致编码序列的改变并不影响其所致编码序列的改变并不影响其所致编码序列的改变并不影响其所致编码序列的改变并不影响其翻译蛋白质的氨基酸序列翻译蛋白质的氨基酸序列翻译蛋白质的氨基酸序列翻译蛋白质的氨基酸序列,突变碱基与未突变碱基的含义相突变碱基与未突变碱基的含义相突变碱基与未突变碱基的含义
24、相突变碱基与未突变碱基的含义相同同同同;另一种是非同义另一种是非同义另一种是非同义另一种是非同义cSNP,cSNP,指碱基序列的改变可使以其为蓝指碱基序列的改变可使以其为蓝指碱基序列的改变可使以其为蓝指碱基序列的改变可使以其为蓝本翻译的蛋白质序列发生改变本翻译的蛋白质序列发生改变本翻译的蛋白质序列发生改变本翻译的蛋白质序列发生改变,从而影响蛋白质的功能。从而影响蛋白质的功能。从而影响蛋白质的功能。从而影响蛋白质的功能。n n5 5 非编码区；非编码区；非编码区；非编码区；3 3 非编码区；其他非编码区（内含子外显子非编码区；其他非编码区（内含子外显子非编码区；其他非编码区（内含子外显子非编码区
25、；其他非编码区（内含子外显子链接区）。链接区）。链接区）。链接区）。1919检测方法n n比较新兴的方法包括：比较新兴的方法包括：TaqmanTaqman探针技术、探针技术、磷酸测序磷酸测序(pyrosequencing)(pyrosequencing)、DNADNA芯片芯片(DNA chip)(DNA chip)分析、分析、变性变性高效液相色谱高效液相色谱(denaturing high performance liquid(denaturing high performance liquid chromatography,DHPLC)chromatography,DHPLC)、能量转移标记
26、的等位特异能量转移标记的等位特异PCRPCR、基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱(matrix(matrix assisted laser desorption ionization time of flight mass assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF)spectrometry,MALDI-TOF)等等.2020国际人类基因组单体型图计划：HapMap计划n n单体型：是指位于一条染色体上某一区域位于一条染色体上某一区域的倾向于整体
27、遗传的一组紧密连锁的遗传的倾向于整体遗传的一组紧密连锁的遗传标记物，称作标记物，称作单体型（单体型（haplotype）。n n对对SNP而言，专指位于而言，专指位于单条单条染色体上某一染色体上某一区域的一组相关联的相邻区域的一组相关联的相邻SNPs的等位位点，的等位位点，倾向于以一个整体遗传给后代。倾向于以一个整体遗传给后代。2121n n标签SNP(htSNP）：一个染色体区域可以有很多SNP位点，但在每一个单体型中总有几个SNP位点对于检测这一单体型是必需的，称为标签SNP.n n确定单体型只需检测标签SNP即可。2222n n“国际人类基因组单体型图计划”（）是继“国际人类基因组计划”
28、之后，人类基因组研究领域的又一重大研究计划。科学家们将在已完成的人类全基因组序列图的基础上，确定人类经世代遗传仍保持完整的单体型图；以及在不同族群中这些单体型的类型与分布。并将这些不同的单体型标上标签。2323国际人类基因组单体型图计划：HapMap计划 n nHapMapHapMap计划将鉴定来自世界不同地区的四个群体计划将鉴定来自世界不同地区的四个群体计划将鉴定来自世界不同地区的四个群体计划将鉴定来自世界不同地区的四个群体的常见单体型，以及特异识别这些单体型的标签的常见单体型，以及特异识别这些单体型的标签的常见单体型，以及特异识别这些单体型的标签的常见单体型，以及特异识别这些单体型的标签S
29、NPsSNPs。n n20022002年年年年1010月，中国、美国、英国、日本、加拿大五月，中国、美国、英国、日本、加拿大五月，中国、美国、英国、日本、加拿大五月，中国、美国、英国、日本、加拿大五国代表在美国华盛顿正式启动了这项计划。中国完国代表在美国华盛顿正式启动了这项计划。中国完国代表在美国华盛顿正式启动了这项计划。中国完国代表在美国华盛顿正式启动了这项计划。中国完成成成成1010，美国完成，美国完成，美国完成，美国完成3131，日本占，日本占，日本占，日本占2525，英国占，英国占，英国占，英国占2424，加拿大占加拿大占加拿大占加拿大占1010。n n中国负责中国负责中国负责中国负责
30、3 3号、号、号、号、2121号和号和号和号和8 8号染色体单体型图的绘制。号染色体单体型图的绘制。号染色体单体型图的绘制。号染色体单体型图的绘制。n n通过单体型图计划将鉴定出通过单体型图计划将鉴定出通过单体型图计划将鉴定出通过单体型图计划将鉴定出20 20 100 100 万个标签万个标签万个标签万个标签SNP SNP 位点。位点。位点。位点。24242.药物基因组学的研究方法n n目的：通过基因分型的方式指导个体化治疗。n n核心内容：筛选和鉴定与疾病或药物应答表型相关的遗传标记物。n n常用方法：关联分析方法。基于候选基因的关联分析和基于候选基因的关联分析和基于全基因组的关联分析基于全
31、基因组的关联分析25253.药物基因组学的发展n n 目前，药物基因组学的发展就是将近几年在目前，药物基因组学的发展就是将近几年在研究人类基因组与功能基因组中发展的新技术研究人类基因组与功能基因组中发展的新技术（如高通量扫描、生物芯片、高密度单核苷酸多（如高通量扫描、生物芯片、高密度单核苷酸多态性态性(SNPSNP)、遗传图谱、生物信息学等）新知识，、遗传图谱、生物信息学等）新知识，融入到分子医学、药理学、毒理学等诸多领域，融入到分子医学、药理学、毒理学等诸多领域，并运用这些技术与知识从整个基因组层面系统地并运用这些技术与知识从整个基因组层面系统地去研究不同个体的基因差异与药物疗效的关系，去研
32、究不同个体的基因差异与药物疗效的关系，了解具有重要功能意义的和影响药物吸收、转运、了解具有重要功能意义的和影响药物吸收、转运、代谢、排泄的多态性基因，从而明确药理学作用代谢、排泄的多态性基因，从而明确药理学作用的分子机制以及各种疾病致病的遗传学机理，最的分子机制以及各种疾病致病的遗传学机理，最终达到指导临床合理用药、引导市场开发好药的终达到指导临床合理用药、引导市场开发好药的目的。目的。2626第八章 药物转录组学n n第一节 转录组学概述n n第二节 转录组学在药学中的应用2727第二节 转录组学概述n n一、转录组n n广义：指在某一生理条件下，一种细胞、组织、器官或生物体所能转录出来的所
33、有RNA的总和。包括mRNA和非编码RNA。n n狭义：指活细胞所能转录出来的所有mRNA，即从基因组DNA中转录的基因总和，也称为表达谱。2828n n转录组是连接基因组遗传信息和生物功能的蛋白质组的必然纽带,也是基因功能及结构研究的基础和出发点。n n是基因表达第一步的产物，是细胞最重要的组分。n n转录水平的调控是目前研究最多的，也是生物体最重要的调控方式之一。2929转录组与基因组的关系n n转录组是基因组表达的产物。转录组是基因组表达的产物。转录组是基因组表达的产物。转录组是基因组表达的产物。不同的是转录组只不同的是转录组只不同的是转录组只不同的是转录组只能是特定时间和空间条件下表达
34、的基因。能是特定时间和空间条件下表达的基因。能是特定时间和空间条件下表达的基因。能是特定时间和空间条件下表达的基因。n n转录组来自于基因组，量小的多但重要。转录组来自于基因组，量小的多但重要。转录组来自于基因组，量小的多但重要。转录组来自于基因组，量小的多但重要。人基因人基因人基因人基因组有组有组有组有3030亿亿亿亿bpbp，只有不到，只有不到，只有不到，只有不到3 3万个能基因转录，转录万个能基因转录，转录万个能基因转录，转录万个能基因转录，转录后的后的后的后的mRNAmRNA能翻译成蛋白质的只占整个转录组的能翻译成蛋白质的只占整个转录组的能翻译成蛋白质的只占整个转录组的能翻译成蛋白质的
35、只占整个转录组的40%40%。n n转录组是高度动态的，转录组数据通常表现出高转录组是高度动态的，转录组数据通常表现出高转录组是高度动态的，转录组数据通常表现出高转录组是高度动态的，转录组数据通常表现出高度的可变性。度的可变性。度的可变性。度的可变性。3030二、转录组学n n一、概念：是基因组学后新兴的一门学科，是一一、概念：是基因组学后新兴的一门学科，是一一、概念：是基因组学后新兴的一门学科，是一一、概念：是基因组学后新兴的一门学科，是一门在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转门在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转门在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转门在整体水平上研究细胞中基因
36、转录的情况及转录调控规律的学科。简言之，是从录调控规律的学科。简言之，是从录调控规律的学科。简言之，是从录调控规律的学科。简言之，是从RNARNA尤其是尤其是尤其是尤其是mRNAmRNA水平上研究基因表达情况的学科。水平上研究基因表达情况的学科。水平上研究基因表达情况的学科。水平上研究基因表达情况的学科。n n研究的主要内容是针对不同条件下基因表达方式研究的主要内容是针对不同条件下基因表达方式研究的主要内容是针对不同条件下基因表达方式研究的主要内容是针对不同条件下基因表达方式的表征。的表征。的表征。的表征。3131n n转录组学是基因组学的重要分支，也是连接基因结构和功能的一个桥梁和纽带，更是
37、基因调控研究的主要基础和层面。3232研究方法n n基于杂交技术：1.1.基因芯片技术基因芯片技术n n基于测序的技术：2.2.基因表达系列分析（基因表达系列分析（SAGESAGE）3.3.大规模平行信号测序（大规模平行信号测序（MPSSMPSS）4.RNA4.RNA测序技术测序技术33333434是一种以是一种以测序测序为基础为基础,采用数字化分析手段，在转录采用数字化分析手段，在转录物水平上分析特定组织或细胞中基因群体表达状态的物水平上分析特定组织或细胞中基因群体表达状态的（基因组表达模式）基因组表达模式）的技术。的技术。通过快速和详细分析成千上万个通过快速和详细分析成千上万个EST来寻找
38、出表达丰来寻找出表达丰度不同的度不同的SAGE标签序列，从而比较完整的获得基因标签序列，从而比较完整的获得基因组的表达信息。已成为基因表达定量和定性研究的一组的表达信息。已成为基因表达定量和定性研究的一种有效工具。种有效工具。2.基因表达系列分析技术基因表达系列分析技术（serial analysis of gene expression，SAGE）。）。1999年发明基因表达系列分析技术年发明基因表达系列分析技术35353636n nSAGE技术理论上可以检测到一个细胞内所有转录体的表达，而且可以给每一个转录体定量。3737SAGE技术的理论基础n n一个来自转录产物一个来自转录产物一个来自
39、转录产物一个来自转录产物33端特定位置的一个短的寡核端特定位置的一个短的寡核端特定位置的一个短的寡核端特定位置的一个短的寡核苷酸序列苷酸序列苷酸序列苷酸序列(10(1014bp)14bp)含有足够信息，能够鉴定一含有足够信息，能够鉴定一含有足够信息，能够鉴定一含有足够信息，能够鉴定一个特异转录本，可以作为区别转录本的标签个特异转录本，可以作为区别转录本的标签个特异转录本，可以作为区别转录本的标签个特异转录本，可以作为区别转录本的标签(tag);(tag);n n例如：一个例如：一个例如：一个例如：一个1010碱基的序列能有碱基的序列能有碱基的序列能有碱基的序列能有4 41010=1048576
40、=1048576种不种不种不种不同的排列组合，因此在理论上每一个同的排列组合，因此在理论上每一个同的排列组合，因此在理论上每一个同的排列组合，因此在理论上每一个1010碱基标签就碱基标签就碱基标签就碱基标签就能够代表一种转录本的特征序列。能够代表一种转录本的特征序列。能够代表一种转录本的特征序列。能够代表一种转录本的特征序列。3838n n将短的标签通过简单的方法串联在一起将短的标签通过简单的方法串联在一起,形形成大量多联体成大量多联体,对每个克隆到载体的多联体进对每个克隆到载体的多联体进行测序行测序,得到代表转录本信息的标签序列。并得到代表转录本信息的标签序列。并将得到的短序列核苷酸顺序以连
41、续的数据形式将得到的短序列核苷酸顺序以连续的数据形式输入计算机中进行处理。输入计算机中进行处理。n n将标签串联体的测序信息与已知的标签数据将标签串联体的测序信息与已知的标签数据库进行比较分析库进行比较分析,可确定在特殊条件或生理状可确定在特殊条件或生理状态下生物体基因的真实表达模式态下生物体基因的真实表达模式,并可根据标并可根据标签出现的频率确定基因的表达丰度。签出现的频率确定基因的表达丰度。l l那么，如何获得标签呢？那么，如何获得标签呢？3939n n (1)(1)提取植物提取植物提取植物提取植物mRNA,mRNA,以生物素标以生物素标以生物素标以生物素标记的记的记的记的oligo(dT
42、)oligo(dT)为引物将为引物将为引物将为引物将mRNA mRNA 反转录成双链反转录成双链反转录成双链反转录成双链cDNA;cDNA;n n(2)(2)锚定酶锚定酶锚定酶锚定酶(Anchoring(Anchoring Enzyme,AE)Enzyme,AE)酶切。酶切。酶切。酶切。AEAE是一种具有是一种具有是一种具有是一种具有4bp 4bp 识别位点的限制识别位点的限制识别位点的限制识别位点的限制性内切酶性内切酶性内切酶性内切酶,常用常用常用常用Nla Nla,识别位点为识别位点为识别位点为识别位点为CATGCATG。能使每一种转录本至少被酶能使每一种转录本至少被酶能使每一种转录本至少
43、被酶能使每一种转录本至少被酶切一次切一次切一次切一次,获得获得获得获得mRNA polyAmRNA polyA尾部与最尾部与最尾部与最尾部与最近的酶切位点之间的片段；将其作为近的酶切位点之间的片段；将其作为近的酶切位点之间的片段；将其作为近的酶切位点之间的片段；将其作为该转录物的独特信息该转录物的独特信息该转录物的独特信息该转录物的独特信息;4040n n(3)(3)将所得将所得将所得将所得cDNA cDNA 等分为等分为等分为等分为两部分两部分两部分两部分,分别与接头分别与接头分别与接头分别与接头1 1 和接和接和接和接头头头头2 2（40 bp40 bp）连接：基本连接：基本连接：基本连接
44、：基本结构为引物结构为引物结构为引物结构为引物1/2 1/2 结合序列结合序列结合序列结合序列+标签酶识别位点标签酶识别位点标签酶识别位点标签酶识别位点+锚定锚定锚定锚定酶识别位点酶识别位点酶识别位点酶识别位点;n n(4)(4)标签酶（标签酶（标签酶（标签酶（TETE）切割：）切割：）切割：）切割：常用的标签酶如常用的标签酶如常用的标签酶如常用的标签酶如:Bsm F I:Bsm F I,其切割位点距识别位点其切割位点距识别位点其切割位点距识别位点其切割位点距识别位点10-14bp 10-14bp。产生连有。产生连有。产生连有。产生连有40 40 bp bp 接头和接头和接头和接头和9 914
45、 bp 14 bp 转录转录转录转录本特异序列的约本特异序列的约本特异序列的约本特异序列的约50 bp 50 bp 的的的的cDNAcDNA标签标签标签标签1 1、2 2。4141标签标签1标签标签2连接酶连接连接酶连接双标签双标签(ditag)根据连接子根据连接子1和和2的序列的序列引物进行引物进行PCR扩增扩增锚定酶（锚定酶（AE）切掉接头）切掉接头连接双标签成收含连接双标签成收含2050 个标签个标签的多标签串联体，克隆串联体到的多标签串联体，克隆串联体到载体中载体中,得到得到SAGE 文库、测序。文库、测序。用用SAGE 软件分析所得标签数据软件分析所得标签数据进行表达频率的分析。进行
46、表达频率的分析。4242将每将每3050个双标签连接起来，并克隆到载体中，建立个双标签连接起来，并克隆到载体中，建立SAGE文库；文库；4343常规常规SAGE方法方法（short SAGE）基本）基本 流程流程P1944444SAGE分析软件。SAGEmapSAGEmap是是是是NCBINCBI开发的开发的开发的开发的基于公用基于公用基于公用基于公用SAGESAGE数据库的基因表达谱分析工具。数据库的基因表达谱分析工具。数据库的基因表达谱分析工具。数据库的基因表达谱分析工具。4545SAGE结果分析4646SAGE技术的应用正常细胞或组织基因表达谱研究正常细胞或组织基因表达谱研究疾病相关基因
47、表达研究疾病相关基因表达研究染色体表达图谱绘制染色体表达图谱绘制基因功能研究基因功能研究药物作用机制的研究药物作用机制的研究毒理学研究毒理学研究 寻找新的基因寻找新的基因4747SAGE实例实例4848n nLongSAGE技术n n标签来自转录物3端一段21bp的序列，可 以进行快速分析并与基因组序列数据相匹 配。其原理与Short SAGE方法类似，只是 用了不同的IIS类标签酶（MmeI），并将程 序做了相应修改。4949第九章 药物蛋白质组学蛋白质组学5050n n蛋白质组（Proteome）这一概念是由澳大利亚学者Wilkins和Williams等人于1994年提出，并首次公开发表在
48、1995年7月的Electrophoresis杂志上。n n其英文PROTEOME是由PROTEins和genOME两个词组合而成，意思是“proteins expressed by a genome”。5151n n 蛋白质组指某一基因组、一个细胞、一个有蛋白质组指某一基因组、一个细胞、一个有机体或某一特定的组织所表达的全部蛋白质。机体或某一特定的组织所表达的全部蛋白质。v蛋白质组学（proteomics）是指研究蛋白质组的科学，实质上采用大规模、高通量、高效率的技术手段研究蛋白质的特征、功能，整体上研究基因组所表达的所有蛋白质在不同时间与空间的表达谱，全景式地揭示生命活动的本质。52525
49、353n n蛋白质组学研究主要涉及的内容：蛋白质组学研究主要涉及的内容：一是表达蛋白质组学，研究差异样品间蛋白质表一是表达蛋白质组学，研究差异样品间蛋白质表一是表达蛋白质组学，研究差异样品间蛋白质表一是表达蛋白质组学，研究差异样品间蛋白质表达量的变化；达量的变化；达量的变化；达量的变化；二是结构蛋白质组学，也称为细胞图谱蛋白质组二是结构蛋白质组学，也称为细胞图谱蛋白质组二是结构蛋白质组学，也称为细胞图谱蛋白质组二是结构蛋白质组学，也称为细胞图谱蛋白质组学，对蛋白结构进行分析，定位，和相互关系。学，对蛋白结构进行分析，定位，和相互关系。学，对蛋白结构进行分析，定位，和相互关系。学，对蛋白结构进行
50、分析，定位，和相互关系。三是功能蛋白质组学，研究执行某种功能的蛋白三是功能蛋白质组学，研究执行某种功能的蛋白三是功能蛋白质组学，研究执行某种功能的蛋白三是功能蛋白质组学，研究执行某种功能的蛋白质复合体，蛋白质间相互作用，蛋白质质复合体，蛋白质间相互作用，蛋白质质复合体，蛋白质间相互作用，蛋白质质复合体，蛋白质间相互作用，蛋白质-DNA/RNADNA/RNA相互作用和翻译后修饰等。相互作用和翻译后修饰等。相互作用和翻译后修饰等。相互作用和翻译后修饰等。5454新的研究趋势n n亚细胞蛋白质组学n n定量蛋白质组学n n磷酸化蛋白质组学n n糖基化蛋白质组学n n相互作用蛋白质组学n n此外，药物