人類后基因組時(shí)代新藥研發(fā)課件

人類后基因組時(shí)代

（Post-genomeera)

4/8/20231基本概念

基因（Gene）：生物體的遺傳單位，由脫氧核糖核酸（DNA）組成。DNA由4種核苷酸（A、T、C、G）組成。14/8/20232人類基因組的23對(duì)染色體24/8/20233FromDNAtoHuman44/8/202352000年是基因組之年，完成了人類基因組的工作框架圖，完成了一系列模式生物和微生物的基因組序列分析。54/8/20236我國94年啟動(dòng)“中華民族基因組若干位點(diǎn)基因研究”“重大疾病相關(guān)基因研究”課題，99年承擔(dān)了人類基因組1%序列的測(cè)序任務(wù)，負(fù)責(zé)第3號(hào)染色體3千萬核苷酸的序列測(cè)定工作。64/8/20237前基因組時(shí)代的“釣魚”和后基因組時(shí)代的“撈魚”84/8/20239后基因組時(shí)代研究的重要方向1.單基因遺傳病的致病基因研究和基因診斷我國有豐富的疾病資源，特別是一些我國特有的單基因遺傳病家系，可提供良好的基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)新的致病基因.94/8/202310單基因遺傳病和復(fù)雜疾病104/8/202311

單核苷酸多態(tài)性（SingleNucleotidePolymorphisms，SNPs）

不同個(gè)體間在基因水平上的單核苷酸變異，平均每1000對(duì)鹼基出現(xiàn)一個(gè)SNP，2個(gè)無關(guān)個(gè)體間有300萬SNPs.124/8/202313SNP研究為了解疾病的發(fā)病機(jī)理，疾病的診斷及疾病易感性研究提供基礎(chǔ)。位于外顯子區(qū)并改變氨基酸序列的SNP以及位于基因表達(dá)調(diào)控區(qū)的SNP可能具有重要臨床意義和功能意義生物信息學(xué)可提供SNP的數(shù)據(jù)庫和功能預(yù)測(cè)134/8/202314可能具有重要功能意義的SNP位于外顯子區(qū)并改變氨基酸序列的SNP位于基因表達(dá)調(diào)控區(qū)如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合區(qū)、加尾信號(hào)的SNP位于外顯子和內(nèi)含子交界區(qū)域的SNP144/8/202315影響CYP3A表達(dá)的SNP對(duì)藥物代謝產(chǎn)生不同作用164/8/202317疾病診斷藥物1藥物2藥物3疾病診斷藥物1藥物2藥物3藥物敏感性測(cè)定目前的疾病治療將來的疾病治療174/8/202318

4.人類功能基因組學(xué)研究

以全基因組為背景，開展人類基因及其編碼蛋白的功能研究。目前雖然完成了絕大部分基因的序列分析，但約60%的人類基因的功能未知。目前認(rèn)為人類有3.2萬個(gè)基因，其中1.5萬已知功能，1.7萬未知功能。184/8/202319人類功能基因組計(jì)算機(jī)科學(xué)家生物化學(xué)家細(xì)胞生物學(xué)家結(jié)構(gòu)生物學(xué)家生理學(xué)家遺傳學(xué)家臨床和病理學(xué)家204/8/202321

5.基于基因組的新型藥物

（Genome-baseddrug）

利用反向生物學(xué)原理，根據(jù)人類基因序列數(shù)據(jù)，經(jīng)生物信息學(xué)分析、高通量基因表達(dá)、高通量功能篩選和體內(nèi)外藥效研究開發(fā)得到的新藥候選物。214/8/202322人類基因序列生物信息學(xué)重組蛋白質(zhì)表達(dá)高通量生物活性篩選功能研究藥物靶標(biāo)研究先導(dǎo)化合物篩選基因工程藥物開發(fā)化學(xué)新藥基因組藥物開發(fā)流程蛋白質(zhì)序列基因治療224/8/202323人類基因組為藥物開發(fā)提供了新源泉

迄今已應(yīng)用的人類藥物靶標(biāo)約

500

種，包括受體、酶、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子等。開發(fā)成功的藥物約2000種。

估計(jì)人類基因組中3～4萬個(gè)基因中，約5000個(gè)基因產(chǎn)物可成為潛在的藥物靶標(biāo)244/8/202325254/8/2023266.基因治療

將人類基因?qū)肴梭w，糾正缺陷基因或輔助機(jī)體抵抗疾病。具有良好開發(fā)前景，但近期離產(chǎn)業(yè)化尚有距離。284/8/202329AshantideSilva,Now13,wasthefirstpatienttobetreatedwithgenetherapy.

重癥聯(lián)合免疫缺陷的基因治療腺苷脫氨酶基因治療(1990)294/8/2023307.生物信息學(xué)（Bioinformatics）生物信息學(xué)需要處理指數(shù)擴(kuò)增的海量基因和蛋白質(zhì)序列資料摩爾定律304/8/202331核酸序列的生物信息學(xué)分析結(jié)構(gòu)域分析（基因組序列注釋）

包括：?jiǎn)?dòng)子、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合序列、內(nèi)含子、外

顯子、重復(fù)序列、開放讀碼框架等。同源分析和檢索

包括：Nr數(shù)據(jù)庫、EST數(shù)據(jù)庫、Unigene數(shù)據(jù)庫、

STS數(shù)據(jù)庫、Swissprot數(shù)據(jù)庫、HTGS數(shù)據(jù)庫等。基因突變分析

包括：EST數(shù)據(jù)庫，SNP數(shù)據(jù)庫等Data-mining

從基因數(shù)據(jù)庫發(fā)掘重要的功能基因314/8/202332蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析包括：等電點(diǎn)、信號(hào)肽、穿膜區(qū)、DNA結(jié)合序列等同源分析和檢索

包括：Nr數(shù)據(jù)庫、Swissprot數(shù)據(jù)庫等功能區(qū)分析

包括：Prosite、Emotif、Identify分析等。324/8/202333蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)分析蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫檢索，如PDB數(shù)據(jù)庫。蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，如Homology等軟件分析334/8/202334人類功能基因研究的二級(jí)數(shù)據(jù)庫要求提供未知功能的靶基因cDNA、基因組DNA、編碼區(qū)蛋白質(zhì)序列，應(yīng)有EST序列的支持。提供蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)，包括等電點(diǎn)、穿膜區(qū)、核定位信號(hào)、DNA結(jié)合域、功能區(qū)、特殊結(jié)構(gòu)分析結(jié)果等提供核酸和蛋白質(zhì)序列同源性分析的結(jié)果（應(yīng)定期更新）提供外顯子、內(nèi)含子、啟動(dòng)子等基因組結(jié)構(gòu)的圖譜提供表達(dá)譜分析344/8/202335cDNA序列Nr數(shù)據(jù)庫EST數(shù)據(jù)庫HGP數(shù)據(jù)庫Unigen數(shù)據(jù)庫SNP數(shù)據(jù)庫同源序列檢索序列拼接；新剪切體分析基因組序列結(jié)構(gòu)表達(dá)譜分析基因變異cDNA序列的數(shù)據(jù)庫分析354/8/202336

8.蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics）

研究細(xì)胞或組織的基因組表達(dá)的全部蛋白質(zhì)（表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)，Expressionproteomics）通過細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)復(fù)合物研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用（細(xì)胞作圖蛋白質(zhì)組學(xué)，Cell-mapproteomics）雙相電泳技術(shù)和質(zhì)譜技術(shù)是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的最重要技術(shù)364/8/202337374/8/202338蛋白質(zhì)2D電泳分析384/8/2023399.結(jié)構(gòu)基因組學(xué)高通量的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)分析，為蛋白質(zhì)的功能研究和藥物設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)394/8/202340

10.模式生物和病原生物基因組學(xué)對(duì)其它生物進(jìn)行全基因組序列分析,開展比較基因組學(xué)（comparativegenomics）研究。迄今至少已有5種真核生物，38種微生物完成全基因組序列分析404/8/202341模式生物的基因敲除（Knockout）小鼠、酵母、果蠅等生物的基因敲除414/8/202342我國在人類基因組計(jì)劃中取得了重要成果，但在功能基因組研究中尚處滯后階段人類功能基因組研究必須多學(xué)科、多實(shí)驗(yàn)室協(xié)作完成，必須吸引功能實(shí)驗(yàn)室和臨床實(shí)驗(yàn)室參加對(duì)人類未知功能的基因進(jìn)行系統(tǒng)性的功能和開發(fā)研究將成為我國生命科學(xué)知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的新生長點(diǎn)我國在人類基因組計(jì)劃中的研究現(xiàn)狀424/8/202343人類分泌蛋白二級(jí)數(shù)據(jù)庫的建立由于細(xì)胞因子、生長因子、蛋白質(zhì)激素等具有重要功能及應(yīng)用價(jià)值的生物學(xué)活性物質(zhì)均為小分子的分泌蛋白質(zhì)，從人類基因組中尋找未知功能的小分子分泌蛋白及編碼基因有可能發(fā)掘出新的細(xì)胞因子類生物活性物質(zhì)，為進(jìn)一步的功能研究和基因工程藥物的開發(fā)研究提供源頭創(chuàng)新的靶基因。434/8/202344444/8/202345新細(xì)胞因子cDNA克隆化策略454/8/202346細(xì)胞因子（Cytokine）：由機(jī)體各種細(xì)胞分泌的具有調(diào)控細(xì)胞生長分化、調(diào)節(jié)免疫功能和生理活性并參與病理反應(yīng)的小分子肽或蛋白質(zhì)。

包括：白細(xì)胞介素(IL)

集落刺激因子(CSF)腫瘤壞死因子(TNF)趨化因子(Chemokine)

轉(zhuǎn)化生長因子-(TGF-)

生長因子(GrowthFactor)

干擾素(IFN)等464/8/2023471.細(xì)胞因子的常規(guī)克隆化策略活性篩選發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子的活性線索細(xì)胞因子表達(dá)細(xì)胞提取mRNA逆轉(zhuǎn)錄成為cDNA克隆化至真核表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌細(xì)胞因子活性篩選鑒定474/8/202348

例1：IL-3

猴T細(xì)胞系UCD-144MLA，可刺激CML細(xì)胞增殖。提取UCD-144MLA細(xì)胞mRNA，構(gòu)建含30000個(gè)克隆的cDNA表達(dá)文庫，提取質(zhì)粒DNA，分成100份，每份200個(gè)克隆，分別轉(zhuǎn)染COS-7細(xì)胞，上清測(cè)定刺激活性，8份具有活性，其中只有1份不被抗GM-CSF抗體所抑制，進(jìn)一步有限稀釋法篩選，獲得猴IL-3cDNA，再經(jīng)雜交篩選人的基因文庫，獲得人IL-3序列（Cell1986，47：3，）。484/8/2023492.細(xì)胞因子產(chǎn)生細(xì)胞cDNA的大規(guī)模測(cè)序和生物信息學(xué)分析

細(xì)胞因子產(chǎn)生細(xì)胞cDNA文庫大規(guī)模隨即測(cè)序基因和蛋白數(shù)據(jù)庫同源性比較與已知細(xì)胞因子有同源性的克隆全長cDNA克隆化真核原核表達(dá)活性篩選鑒定494/8/202350

例1：MPIF（MyeloidProgenitorInhibitoryFactor-1）：

從動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞cDNA文庫大規(guī)模隨機(jī)測(cè)序，發(fā)現(xiàn)其中之一編碼氨基酸與MIP-1有51%同源性，昆蟲細(xì)胞表達(dá)蛋白具有趨化T細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞的活性，抑制骨髓細(xì)胞集落形成活性。（J.Exp.Med.1997,185:1163）?，F(xiàn)已作為造血細(xì)胞保護(hù)劑進(jìn)入II期臨床實(shí)驗(yàn)。504/8/202351例2：新白細(xì)胞介素的克隆化514/8/202352國內(nèi)第二軍醫(yī)大學(xué)曹雪濤，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院賀福初，復(fù)旦大學(xué)余龍,毛裕民等均利用此策略發(fā)現(xiàn)一些新細(xì)胞因子。524/8/2023533.染色體中細(xì)胞因子聚集區(qū)的大規(guī)模測(cè)序例1：17對(duì)染色體存在CC趨化因子Cluster，通過適當(dāng)?shù)腨AC克隆測(cè)序和生物信息學(xué)分析，克隆了MIP-4，與MIP-1有49.5%的同源性，趨化T細(xì)胞（Genomics1999Mar15;56(3):296-302）例2：在7q11.23發(fā)現(xiàn)Eotaxin-3（JBC，1999，274：27975）534/8/202354

4．差異顯示技術(shù)克隆細(xì)胞因子利用同一細(xì)胞在不同條件下表達(dá)細(xì)胞因子的差異克隆新細(xì)胞因子，例如T細(xì)胞活化前低表達(dá)細(xì)胞因子，活化后則高表達(dá)細(xì)胞因子，利用DD-PCR、RDA、SSH等技術(shù)可克隆T細(xì)胞活化后高表達(dá)的基因，其中可能含有新細(xì)胞因子cDNA。544/8/202355例：克隆CKLF1利用IL-10為廣譜細(xì)胞因子抑制因子的特點(diǎn)，通過SSH技術(shù)克隆U937細(xì)胞被IL-10抑制的cDNA，發(fā)現(xiàn)新的細(xì)胞因子CKLF1（Chemokine-likefactor1，原名UCK-1，U937derivedchemokine-1）及其變異體CKLF2，3，4。CKLF1具有趨化效應(yīng)、促進(jìn)骨髓細(xì)胞集落形成效應(yīng)和刺激骨骼肌細(xì)胞效應(yīng)。554/8/202356565.EST（Expressedsequencetag）數(shù)據(jù)庫的生物信息學(xué)分析例1：從公共的EST數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)SCYA26，編碼94個(gè)氨基酸，含26氨基酸的