药物蛋白质组学.ppt

,第九章药物蛋白质组学,学习要求,1.掌握：蛋白质组、蛋白质组学和药物蛋白组学概念2.熟悉：蛋白质组学相关技术3.了解：蛋白质组学在药学研究中的应用,2001年人类基因组全序列测定标志着后基因组时代的到来21世纪生命科学研究两大主流基因组学蛋白质组学,第一节蛋白质组学概述,Background,基因组-基因数量有限性和基因结构的相对稳定性蛋白质组-生命现象的复杂性和多变性对蛋白质的数量、结构、性质、相互关系和生物学功能进行全面深入的研究已成为生命科学研究的迫切需要和重要任务。,一、蛋白质组学,蛋白质组(Proteome)一个基因组、一个细胞、一个有机体或某一特定的组织类型所表达的全部蛋白质。时序性、空间性,蛋白质组学(proteomics)研究蛋白质组的一门新兴科学，实质是采用大规模、高通量、高效率技术手段研究蛋白质的特征。从整体的角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成份、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律。,蛋白质组学主要研究内容,蛋白质结构及其转录后修饰的微特征鉴定；通过蛋白质水平的比较，显示其在疾病研究中的应用潜能；蛋白质之间的相互作用。,二、蛋白质组学的分类,表达蛋白质组学（expressionproteomics）研究差异样品间蛋白质表达量的变化。如：疾病发展不同阶段的蛋白表达谱结构蛋白质组学（structuralproteomics）针对某一特定细胞器中全部蛋白质或蛋白质复合体的结构进行分析，确定它们在细胞质中的定位，了解蛋白质之间的相互关系。功能蛋白质组学(functionalproteomics)研究执行某种功能的蛋白质复合体，蛋白质间、蛋白质与DNA/RNA间的相互作用及蛋白质翻译后修饰的研究。,亚细胞蛋白质组学定量蛋白质组学磷酸化蛋白质组学糖基化蛋白质组学相互作用蛋白质组学,蛋白质组学研究新趋势,三、蛋白质组与转录组的关系,转录组研究的是mRNA总和，蛋白质组研究的是特定时间和空间组织、细胞或机体的所有蛋白质，前者指导后者，但并不绝对，因为翻译有调控和后续修饰、跨膜转动作用。,四、蛋白质组学的主要研究技术,双向凝胶电泳生物质谱蛋白质芯片酵母双杂交生物信息学,（一）双向凝胶电泳（two-dimensionalelectrophoresis，2-DE）,原理：等电聚焦电泳和SDS-PAGE的组合，即先进行等电聚焦电泳（按照pI分离），然后再进行SDS-PAGE（按照分子大小），经染色得到的电泳图是个二维分布的蛋白质图。,（二）生物质谱（MassSpectrometry,MS）,原理：将复杂样品分子先离子化，然后利用不同离子在电场或磁场运动行为的不同，把离子按质荷比的差异分离开并确定分子量。应用：分析与鉴定肽和蛋白质分类：基质辅助激光解吸电离分离时间质谱电喷雾离子化质谱,1.基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）,原理：用激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量传递给生物分子，而电离过程中将质子转移到生物分子或从生物分子得到质子，而使生物分子电离的过程。应用：适用于混合物及生物大分子的测定。,2.电喷雾离子化质谱（ESI-MS）,在喷射过程中利用电场完成多肽样品的离子化，根据其质荷比差异进行分离，并确定分子质量。,肽质量指纹谱（PeptideMassFingerprinting,PMF）,蛋白质被识别特异酶切位点的蛋白酶水解后得到的肽片段的质量图谱。由于每种蛋白的氨基酸序列（一级结构）都不同，当蛋白被水解后，产生的肽片段序列也各不相同，因此其肽质量指纹图也具有特征性。,传统的蛋白质组学分析,蛋白质样品用2-DE分离Edman降解从凝胶上切下蛋白质点，并酶解蛋白质单个蛋白质点的多肽混合物借助基质的激光解吸和离子化质谱电喷离子化质谱（MALDI-TOFMS)(EST-MS/MS)多肽质谱指纹ESI-MS序列标记（peptidemassfingerprint）（sequencetag）利用生物信息学，进行数据库搜索确定蛋白质,（三）蛋白质芯片（proteinchip）,利用蛋白质与蛋白质、酶与底物、蛋白质与其他小分子之间的相互作用，检测分析蛋白质的一种高通量、微型化和自动化的分析技术。原理：对固相载体进行特殊的化学处理，再将已知的蛋白分子产物固定其上(如酶、抗原、抗体等)，根据这些生物分子的特性，捕获能与之特异性结合的待测蛋白(存在于血清、血浆等)，经洗涤、纯化，再进行生化分析。,（四）酵母双杂交（yeasttwohybridization）,酵母双杂交系统酵母双杂交系统是在真核模式生物酵母中进行的，研究活细胞内蛋白质相互作用，具有很高灵敏度的研究蛋白质之间关系的技术。对蛋白质之间微弱的、瞬间的作用也能够通过报告基因的表达产物敏感地检测得到。,（五）生物信息学(Bioinformatics),生物信息学是通过综合利用生物学，计算机科学和信息技术等研究生物信息的采集，处理，存储，传播，分析和解释等各方面的一门学科，揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘。,生物信息学相关数据库,EMBLhttp:/www.embl-heidelberg.de/http:/www.ebi.ac.uk/embl/GenBank/Web/Genbank/DDBJhttp:/www.ddbj.nig.ac.jp/Ensembl/Medline/medline/queryform.htmlBioMedNethttp:/www.BioMedNPRESAGE（Collaborativeresourceforstructuralgenomics结构基因组学联合资源）/ExPASyhttp:/www.expasy.ch/SRShttp:/srs.ebi.ac.uk:5000/Entrez/Entrez/GCG:,第二节药物蛋白质组学及其应用,一、药物蛋白质组学概念,将蛋白组学的理论和技术用于药物研究领域，通过对比正常状态和病理状态的细胞或组织的蛋白质组表达差异，用于药物作用机制、药物不良反应的研究或者药物治疗前后蛋白质表达状况的分析，以探讨药物类似物的结构与功能关系，发掘新的药物靶点等，由此发展起来的学科称为药物蛋白组学(Pharmacoproteomics)。,二、药物蛋白质组学应用,构建分子药理筛选模型药物靶点的发现、验证和优化药物作用机制研究药物毒理机制研究耐药机制研究,传统方法通过大量的临床前实验、临床实验，甚至付出惨痛的代价才能获得药物不良反应的结构蛋白质组学体外进行蛋白质组差异性分析，揭示药物不