第五章 基因克隆-5基因芯片.

1、八、基因芯片技术八、基因芯片技术将大量（通常每平方厘米点阵密度高将大量（通常每平方厘米点阵密度高于于400）探针分子固定于支持物上后与标记）探针分子固定于支持物上后与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。数量和序列信息。基因芯片的特点：基因芯片的特点：高集成度、高并行处理能力、自动化分析高集成度、高并行处理能力、自动化分析 基因芯片的基因芯片的4个基本要点个基本要点DNA方阵构建方阵构建样品制备样品制备杂交杂交检测检测（二）基因芯片技术的主要应用（二）基因芯片技术的主要

2、应用1在医药领域中的应用在医药领域中的应用疾病诊断和治疗、疾病分类、药物筛疾病诊断和治疗、疾病分类、药物筛选、发病机制、愈后判断、药物筛选和寻选、发病机制、愈后判断、药物筛选和寻找药物靶标等找药物靶标等 2 2基因芯片在农业上的应用基因芯片在农业上的应用 基因芯片广泛用于农作物的优育和优选。基因芯片广泛用于农作物的优育和优选。 Biotechnology provides us many simple and quick vehicles and a cheerful prospect is spread before us. 黄酮类化合物黄酮类化合物35-氢氧化酶氢氧化酶 Bioscienc

3、e has an intimate connection with our daily life.3 3基因芯片在其它领域中的应用基因芯片在其它领域中的应用 基因芯片还可用于司法鉴定、食品卫基因芯片还可用于司法鉴定、食品卫生监督、环境检测、国防和航天等许多领生监督、环境检测、国防和航天等许多领域。域。 生物芯片：用于检测生物大分子的微点。生物芯片：用于检测生物大分子的微点。蛋白质、糖、脂等蛋白质、糖、脂等 第三节第三节 人类基因组计划人类基因组计划一、人类基因组计划的基本含义一、人类基因组计划的基本含义（一）人类基因组计划的提出（一）人类基因组计划的提出19861986年，著名生物学家、诺贝尔

4、奖获得者年，著名生物学家、诺贝尔奖获得者雷纳托雷纳托杜尔贝科（杜尔贝科（Renato DulbeccoRenato Dulbecco）在）在ScienceScience杂志上率先提出杂志上率先提出“人类基因组计划人类基因组计划”（Human Genomic ProjectHuman Genomic Project，HGPHGP） 1990年年 人类基因组计划正式实施人类基因组计划正式实施2001年年2月月 人类基因组初步分析结果发表人类基因组初步分析结果发表（二）人类基因组计划的目的（二）人类基因组计划的目的阐明人类基因组阐明人类基因组30亿个碱基对的亿个碱基对的序列序列，发现所有人类发现所有

5、人类基因基因并搞清其在染色体上的并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，从而最终位置，破译人类全部遗传信息，从而最终弄清楚每种基因制造的弄清楚每种基因制造的蛋白质蛋白质及其作用及其作用。（三）人类基因组计划的意义（三）人类基因组计划的意义 1基因诊断和基因治疗基因诊断和基因治疗 2疾病预防疾病预防 3 人类学研究人类学研究锦绣般的中国云南红河哈锦绣般的中国云南红河哈尼梯田，成为尼梯田，成为20022002年年4 4月月5 5日日出版的美国出版的美国科学科学杂志的杂志的封面。这份世界权威学术期封面。这份世界权威学术期刊，以封面文章形式和显著刊，以封面文章形式和显著篇幅，登出中国科学家绘出

6、篇幅，登出中国科学家绘出水稻基因组工作框架图的历水稻基因组工作框架图的历史性论文。史性论文。 这是由中国科学家独立完这是由中国科学家独立完成的一项世界级研究成果。成的一项世界级研究成果。“毫无疑问，中国基因组学毫无疑问，中国基因组学研究已达到世界水平研究已达到世界水平”，科学科学杂志总编、美国国杂志总编、美国国家科学院院士唐纳德家科学院院士唐纳德肯尼肯尼迪对新华社记者说。迪对新华社记者说。 二、人类基因组计划的组成二、人类基因组计划的组成( (一）结构基因组计划一）结构基因组计划测定人类基因组的全部核苷酸序列测定人类基因组的全部核苷酸序列人类基因组计划的伟大创举人类基因组计划的伟大创举 “生命

7、天书生命天书”的获取的获取功能基因组学的机遇和挑战功能基因组学的机遇和挑战 “生命天书生命天书”的破译的破译（二）功能基因组计划（二）功能基因组计划研究人类全部基因的功能研究人类全部基因的功能 The Challenge We Are Facing after HGP Human genome 30000 genesFunction?1. 药物基因组学与个体化治疗药物基因组学与个体化治疗Pharmacogenomics & Individualized Therapy 机体摄入药物后，经过吸收、分布、药机体摄入药物后，经过吸收、分布、药物与靶细胞作用、生物转化或分解及排物与靶细胞作用、生物转化

8、或分解及排出等一系列过程。每一步都受到特定的出等一系列过程。每一步都受到特定的酶、受体或蛋白质的作用和影响。酶、受体或蛋白质的作用和影响。 一个药物的总的药理作用都是由多基因一个药物的总的药理作用都是由多基因控制的。控制的。 在药物代谢过程中一系列蛋白和酶的基在药物代谢过程中一系列蛋白和酶的基因都会对药物作用产生影响因都会对药物作用产生影响药药 物物 反反 应应 的的 多多 基基 因因 控控 制制(Evens and Relling, Science 1999；286:487) 具 有 多 态 性 的 药 物 代 谢 酶(摘 自 Evens and Relling, Science286:48

9、7) 第 I期 的 酶 主 要 修 饰 底 物 功 能 基 团 。 第 II期 的 酶 催 化 底 物 的 结 合 反 应 。ADH 酒 精 脱 氢 酶 ；ALDH， 甘 油 醛 脱 氢 酶 ；CYP， 细 胞 色 素 P450;DPD, 二 氢 尿 嘧 啶脱 氢 酶 ；NQO1，NADPH:泛 醌 氧 化 还 原 酶 ；COMT， 儿 茶 酚 O 甲 基 转 移 酶 ；GST， 谷胱 甘 肽 S 转 移 酶 ；HMT， 组 织 胺 甲 基 转 移 酶 ；NAT，N 乙 酰 基 转 移 酶 ；STs，磺 基 转 移 酶 ；TPMT， 巯 基 嘌 呤 甲 基 转 移 酶 ；UGTs， 三 磷 酸

10、 尿 苷 葡 糖 醛 酰 基转 移 酶细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶P450(CYP) 是存在于肝细胞内质网和线粒体内的氧是存在于肝细胞内质网和线粒体内的氧化酶。主要对药物及其他代谢物进行氧化酶。主要对药物及其他代谢物进行氧化修饰。化修饰。 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶P450种类很多，有的底种类很多，有的底物可被几种细胞色素氧化酶物可被几种细胞色素氧化酶P450催化，催化，而有的细胞色素氧化酶而有的细胞色素氧化酶P450可催化几种可催化几种不同的底物。不同的底物。 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶P450的基因命名为的基因命名为CYP。强代谢者强代谢者(extensive metabolizer,

11、 EM)弱代谢者弱代谢者(poor metabolizer, PM) 降压药异喹胍降压药异喹胍(debrisoquine) 催产药司巴丁催产药司巴丁(sparteine) 由细胞色素氧化酶由细胞色素氧化酶2D6氧化代谢而失活氧化代谢而失活 鉴定鉴定CYP2D6表型常用异喹胍代谢率表型常用异喹胍代谢率(MR)法法,即晚上口服异喹胍后收集即晚上口服异喹胍后收集8小时小时尿样：尿样：MR=尿中异喹胍量尿中异喹胍量/尿中尿中4-羟基异羟基异喹胍量喹胍量MR12.6者为者为PM,12.6者为者为EM强代谢者强代谢者(EM)和弱代谢者和弱代谢者(PM) 大部分个体对以上两个药代谢正常大部分个体对以上两个药

12、代谢正常-强强代谢者代谢者(extensive metabolizer,EM) EM为显为显性遗传性遗传-药物代谢正常。药物代谢正常。 有些个体代谢较弱有些个体代谢较弱-弱代谢者弱代谢者(poor metabolizer,PM) PM为隐性遗传。对为隐性遗传。对30余余种重要药物有代谢障碍种重要药物有代谢障碍-药物不良反应药物不良反应增加。增加。CYP2D6基因基因 人类人类CYP2D基因位点定位于基因位点定位于22q13.1,由由CYP2D8P,CYP2D7P和和CYP2D6三个基因组成，三个基因组成，CYP2D8P和和CYP2D7P都是假基都是假基因。仅因。仅CYP2D6可产生蛋白质产可产

13、生蛋白质产物。物。常见常见CYP2D6CYP2D6基因突变分布基因突变分布 不同种族的人不同种族的人PM频率频率 民民 族族 PMPM频率频率(%)(%) 白种人白种人 3 31010 中国人中国人 0.70.71.11.1 日本人日本人 0 02.32.3 西非人西非人 0 08 8 非裔美国人非裔美国人 1.91.92 蛋白质基因组学蛋白质基因组学蛋白质组学是要从蛋白质组学是要从整体上研究蛋白质整体上研究蛋白质及其修饰状态，说及其修饰状态，说明在不同状态下的明在不同状态下的蛋白质组的差异。蛋白质组的差异。 HGPHGP人类健康的希望人类健康的希望 疾病诊断向基因诊断的过渡，疾病诊断向基因诊断的过渡， 即即“此人患何此人患何病？病？”转向转向“何人可能患此病何人可能患此病? ”? ” 基因治疗日趋成熟基因治疗日趋成熟 一大批基因工程药物和基于基因组