高通量筛选技术应用.ppt

高通量筛选技术的应用 高通量筛选 HTS 又称大规模集群式筛选 是由高容量化合物库 自动化操作 高灵敏度检测 高特异筛选模型 高效率数据处理5个子系统有机组合而成 是一种新型 高自动化 高灵敏度 高通量的筛选技术 其理论基础是反向药理学 reversepharmacology 即基于受体 酶及离子通道等分子 细胞水平药物作用靶点 从现有化合物库中筛选出具有生物活性的先导化合物 在此基础上再进行组织 器官及疾病相关动物模型研究 TEXT 高通量筛选技术在医药领域的应用 TEXT 高通量筛选技术在酶工程领域的应用 TEXT 高通量筛选技术在基因领域的应用 高通量筛选 high throughoutscreening 是近年来迅速发展起来的药物筛选技术 它通过运用基因科学 蛋白质科学 分子药理学 细胞药理学 微电子技术等多学科理论和技术 以及与疾病相关的酶和受体为作用靶点 对天然或合成化合物进行活性测试 并在此基础上进行筛选 高通量筛选具有快速 高效 经济 高特异性等优点 其中所用的样品量甚少的特点尤其适用于天然化合物的活性筛选 药物高通量筛选技术分类 筛选平台 分子平台 细胞平台 酵母平台 动物平台 动物平台 前两种平台都是体外模型 有些药物在体外模型中虽然能够显示良好活性 但是进入动物体内检测的时候活性却大大降低 甚至没有活性 主要原因是由于在动物体或人体中 药物作用的发挥不仅需要药理活性 还与它的分布 吸收 代谢 排泄有关 有些体外活性良好的药物 由于脂水分配系数问题 导致机体不能吸收 或是不能正确分布到作用靶位点 所以体内活性大幅度降低 动物平台是近几年发展起来的新技术 在一些疾病的研究上已经显现了重要作用 但仍旧需要不断完善 由于天然药物中成分复杂性及多种成分间可能存在的协同作用 因此有效成分的分析 鉴定和筛选是天然药物开发中的一个难题 同时 许多天然药物临床资料相对不足 仍需要进行必要的再认识和验证 面对海量的天然药物 高通量筛选技术特有微量 快速 灵敏和准确等特点 特点 理性设计和定向进化 现阶段人们还没有完全掌握对酶的空间构象预测 结构分析等技术 所以试图通过理性设计达到改善酶特性的目的仍然很难实现 因此 通过非理性设计特别是定向进化技术来改造酶特性的策略依然是人们关注的焦点 酶的定向进化包括两个重要的步骤 首先是变异体库的建立 其次是对最适突变体的筛选与鉴定 筛选方法分类 分光光度测量法和荧光检测法 Reymond与其同事利用伞形酮建立了一种巧妙的高通量筛选方法优点在于底物能在比较高的温度或者比较宽的pH范围内保持稳定 并且可以通过构建不同的底物来检测不同的酶 酸检测法 是一种经常应用于脂肪酶或者酯酶的高通量筛选方法 主要包括pH指示剂法 乙酸法以及最近出现的荧光钠盐法 荧光钠盐 uoresceinsodiumsalt 是一种具有绿色荧光的有机盐 当用该盐作为酶促反应的指示剂时 随着反应体系中酸的增加 该盐的荧光会逐渐被H 离子所淬灭 因此 通过检测其在495nm处吸光值的变化我们便可以检测出酶促反应的速率 酵母表面展示技术 SurfaceDisplay 是一类筛选蛋白质突变体库的高通量筛选方法 在抗体蛋白的研究中应用尤其广泛 具有高效 灵敏等特点 基本原理 将外源目的蛋白基因整合到特定的载体后 通过电转或其他的转化方法将其导入酵母细胞 用酵母细胞内蛋白转运机制将目的蛋白移至细胞表面并且固定在细胞膜上 酵母表面展示技术 作为真核表达系统 它具有的翻译后加工机制对真核蛋白来的表达来说其优越性是显而易见的 其次 该方法将酶固定在细胞的表面 从某种意义上来说它起到了固定化的效果 而这种效果有可能显著的提高酶的活力或者对映选择性 最后 它是一种真正意义上的高通量筛选方法 通过荧光激活细胞分选系统 每次可以对106 1010个突变体进行筛选 RNA干涉 RNAi 在实验室中是一种强大的实验工具 利用具有同源性的双链RNA dsRNA 诱导序列特异的目标基因的沉寂 迅速阻断基因活性 siRNA在RNA沉寂通道中起中心作用 是对特定信使RNA mRNA 进行降解的指导要素 siRNA是RNAi途径中的中间产物 是RNAi发挥效应所必需的因子 因此 高通量siRNA筛选技术也成为生物学最强有力的研究工具之一 高通量筛选技术在基因领域的应用 将文库siRNA逐一转染到孔板的每个孔 72h后 基因被沉默降低到一定程度 加入包被I SceI的腺病毒 侵染细胞过表达I SceI 48h后 细胞内sensor上靶点序列被I SceI切割 诱导同源重组 将细胞固定染色 通过高通量筛选仪器获取信号 进行分析统计 逐一筛选法 包括4个步骤 针对基因编码区靶点的DNA序列在芯片上合成后 通过公用的接头 PCR克隆进入慢病毒载体 并包裹病毒 将慢病毒文库侵染细胞 启动shRNA序列表达的序列被整合到细胞基因组上 而沉默细胞内该基因的表达 在特定时间 药物诱导下 存活下来的细胞得以扩增 提取细胞的基因组 深度测序 找到相应shRNA拷贝数 文库筛选法 高通量siRNA筛选的新发展方向 基于自组装细胞芯片的细胞迁移筛选流程图 自组装细胞芯片是在一张玻璃片上覆盖PNI膜 通过刻蚀产生规则的小孔矩阵 PNI膜具有温度敏感性 低温下遇水快速溶解 细胞无法在其上生长 每个小孔的孔径可以根据需要进行适当调节 保证其中容纳的细胞数在1000个左右 具有统计意义 通过反向转染 可以在刻蚀产生的小孔内点上RNAi文库 在整个芯片上铺细胞 形成细胞岛 每个小岛就是一个独立的样本 一张4cm2的芯片上 可以容纳12 12个点 筛选容量超过一个96孔板 自组装芯片具有良好的平行性 孔与孔之间交叉污染极少 可以有效地保证实验准 高通量筛选技术具有以下几方面的发展趋势 采用基于细胞的分析筛选方法 可直接在活细胞内检测化合物 提高筛选的准确性 采用精确的检测技术 使之能够在相同的分析过程中兼顾效率和特异性 基于功能基因组学的药物高通量筛选逐渐受到重