人类后基因组时代专家讲座

人类后基因组时代

（Post-genomeera)

8/29/20231人类后基因组时代专家讲座第1页基本概念基因（Gene）：生物体遗传单位，由脱氧核糖核酸（DNA）组成。DNA由4种核苷酸（A、T、C、G）组成。8/29/20232人类后基因组时代专家讲座第2页人类基因组23对染色体8/29/20233人类后基因组时代专家讲座第3页从DNA到蛋白质8/29/20234人类后基因组时代专家讲座第4页FromDNAtoHuman8/29/20235人类后基因组时代专家讲座第5页8/29/20236人类后基因组时代专家讲座第6页是基因组之年，完成了人类基因组工作框架图，完成了一系列模式生物和微生物基因组序列分析。8/29/20237人类后基因组时代专家讲座第7页我国94年开启“中华民族基因组若干位点基因研究”“重大疾病相关基因研究”课题，99年负担了人类基因组1%序列测序任务，负责第3号染色体3千万核苷酸序列测定工作。8/29/20238人类后基因组时代专家讲座第8页人类后基因组时代特点人类首次了解了本身基因序列，了解了很多远亲生物基因序列人类正在面对指数扩增基因序列资料和各种数据库人类面临挑战是怎样将基因序列资料转变为有用知识，进而让这些知识服务于人类，使之能够造福于人类健康。8/29/20239人类后基因组时代专家讲座第9页前基因组时代“钓鱼”和后基因组时代“捞鱼”8/29/202310人类后基因组时代专家讲座第10页后基因组时代研究主要方向1.单基因遗传病致病基因研究和基因诊疗我国有丰富疾病资源，尤其是一些我国特有单基因遗传病家系，可提供良好基础发觉新致病基因.8/29/202311人类后基因组时代专家讲座第11页单基因遗传病和复杂疾病8/29/202312人类后基因组时代专家讲座第12页2.复杂性疾病相关基因研究和疾病易感性分析

在复杂性疾病中，因为基因变异加环境和生活习惯等原因共同影响，使得每个人对不一样疾病易感性不一样。基因变异一个主要指标是单核苷酸多态性。8/29/202313人类后基因组时代专家讲座第13页

单核苷酸多态性（SingleNucleotidePolymorphisms，SNPs）

不一样个体间在基因水平上单核苷酸变异，平均每1000对硷基出现一个SNP,2个无关个体间有300万SNPs.8/29/202314人类后基因组时代专家讲座第14页SNP研究为了解疾病发病机理，疾病诊疗及疾病易感性研究提供基础。位于外显子区并改变氨基酸序列SNP以及位于基因表示调控区SNP可能含有主要临床意义和功效意义生物信息学可提供SNP数据库和功效预测8/29/202315人类后基因组时代专家讲座第15页可能含有主要功效意义SNP位于外显子区并改变氨基酸序列SNP位于基因表示调控区如开启子、增强子、转录因子结合区、加尾信号SNP位于外显子和内含子交界区域SNP8/29/202316人类后基因组时代专家讲座第16页3.药品基因组学研究与个体化治疗在临床上对一样一个疾病使用同一个药品，不一样个体对药品敏感性和毒性反应有很大区分，这种区分主要由基因决定,尤其是药品靶点基因、药品代谢基因等单核苷酸多态性，影响了药品作用强弱和药品代谢不一样。8/29/202317人类后基因组时代专家讲座第17页影响CYP3A表示SNP对药品代谢产生不一样作用8/29/202318人类后基因组时代专家讲座第18页疾病诊疗药品1药品2药品3疾病诊疗药品1药品2药品3药品敏感性测定当前疾病治疗未来疾病治疗8/29/202319人类后基因组时代专家讲座第19页4.人类功效基因组学研究

以全基因组为背景，开展人类基因及其编码蛋白功效研究。当前即使完成了绝大部分基因序列分析，但约60%人类基因功效未知。当前认为人类有3.2万个基因，其中1.5万已知功效，1.7万未知功效。

8/29/202320人类后基因组时代专家讲座第20页人类功效基因组学研究包括众多新技术，包含生物信息学技术、生物芯片技术、转基因和基因敲除技术、酵母双杂交技术、基因表示谱系分析、蛋白质组学技术、高通量细胞筛选技术等。人类功效基因组学必须多学科协作生物信息学是人类功效基因组学研究必要工具8/29/202321人类后基因组时代专家讲座第21页人类功效基因组计算机科学家生物化学家细胞生物学家结构生物学家生理学家遗传学家临床和病理学家8/29/202322人类后基因组时代专家讲座第22页5.基于基因组新型药品（Genome-baseddrug）利用反向生物学原理，依据人类基因序列数据，经生物信息学分析、高通量基因表示、高通量功效筛选和体内外药效研究开发得到新药候选物。8/29/202323人类后基因组时代专家讲座第23页人类基因序列生物信息学重组蛋白质表示高通量生物活性筛选功效研究药品靶标研究先导化合物筛选基因工程药品开发化学新药基因组药品开发流程蛋白质序列基因治疗8/29/202324人类后基因组时代专家讲座第24页人类基因组与生物技术产业一个人类基因有可能带动和形成一个生物技术产业。比如基因工程胰岛素、干扰素等基因开发研究基因组药品、基因芯片、基因诊疗、基因治疗、试验室仪器试剂、基因数据库和分析软件等8/29/202325人类后基因组时代专家讲座第25页人类基因组为药品开发提供了新源泉迄今已应用人类药品靶标约500种，包含受体、酶、信号转导分子等。开发成功药品约种。预计人类基因组中3-4万个基因中，约5000个基因产物可成为潜在药品靶标8/29/202326人类后基因组时代专家讲座第26页8/29/202327人类后基因组时代专家讲座第27页基因组药品种类1。基因工程重组蛋白质药品2。以人类基因编码蛋白为靶标化学药品3。以人类基因编码蛋白为靶标人源化抗体4。反义核酸类和RNA类药品5。基因治疗8/29/202328人类后基因组时代专家讲座第28页国际新药开发三个浪潮基因组学

药品靶标发觉、反义治疗、基因治疗蛋白质组学

药品靶标评价、药品筛选、抗体治疗、重组蛋白质治疗分子设计

蛋白质结构确定、蛋白质工程、以结构为基础小分子药品设计8/29/202329人类后基因组时代专家讲座第29页6.基因治疗将人类基因导入人体，纠正缺点基因或辅助机体抵抗疾病。含有良好开发前景，但近期离产业化还有距离。8/29/202330人类后基因组时代专家讲座第30页AshantideSilva,Now13,wasthefirstpatienttobetreatedwithgenetherapy.重症联合免疫缺点基因治疗腺苷脱氨酶基因治疗(1990)8/29/202331人类后基因组时代专家讲座第31页7.生物信息学（Bioinformatics）生物信息学需要处理指数扩增海量基因和蛋白质序列资料摩尔定律8/29/202332人类后基因组时代专家讲座第32页核酸序列生物信息学分析结构域分析（基因组序列注释）包含开启子、转录因子结合序列、内含子、外显子、重复序列、开放读码框架等。同源分析和检索，包含Nr数据库、EST数据库、STS数据库、Unigene数据库、Swissprot数据库、HTGS数据库等。基因突变分析包含EST数据库，SNP数据库等Data-mining从基因数据库发掘主要功效基因8/29/202333人类后基因组时代专家讲座第33页蛋白质一级结构分析：结构特点分析，包含等电点、信号肽、穿膜区、DNA结合序列等同源分析和检索，包含Nr数据库、Swissprot数据库等功效区分析，包含Prosite、Emotif、Identify分析等。8/29/202334人类后基因组时代专家讲座第34页蛋白质空间结构分析：蛋白质晶体结构数据库检索，如PDB数据库。蛋白质空间结构预测，如Homology等软件分析。8/29/202335人类后基因组时代专家讲座第35页人类功效基因研究二级数据库要求提供未知功效靶基因cDNA、基因组DNA、编码区蛋白质序列，应有EST序列支持。提供蛋白质一级结构信息数据，包含等电点、穿膜区、核定位信号、DNA结合域、功效区、特殊结构分析结果等提供核酸和蛋白质序列同源性分析结果（应定时更新）提供外显子、内含子、开启子等基因组结构图谱提供表示谱分析8/29/202336人类后基因组时代专家讲座第36页cDNA序列Nr数据库EST数据库HGP数据库Unigen数据库SNP数据库同源序列检索序列拼接；新剪切体分析基因组序列结构表示谱分析基因变异cDNA序列数据库分析8/29/202337人类后基因组时代专家讲座第37页8。蛋白质组学（Proteomics）研究细胞或组织基因组表示全部蛋白质（表示蛋白质组学，Expressionproteomics）经过细胞内蛋白质复合物研究蛋白质与蛋白质相互作用（细胞作图蛋白质组学，Cell-mapproteomics）双相电泳技术和质谱技术是蛋白质组学研究最主要技术8/29/202338人类后基因组时代专家讲座第38页8/29/202339人类后基因组时代专家讲座第39页蛋白质2D电泳分析8/29/202340人类后基因组时代专家讲座第40页9。结构基因组学高通量蛋白质三维结构分析，为蛋白质功效研究和药品设计提供基础8/29/202341人类后基因组时代专家讲座第41页10。模式生物和病原生物基因组学对其它生物进行全基因组序列分析,开展比较基因组学（comparativegenomics）研究。迄今最少已经有5种真核生物，38种微生物完成全基因组序列分析8/29/202342人类后基因组时代专家讲座第42页模式生物基因敲除（Knockout）小鼠、酵母、果蝇等生物基因敲除8/29/202343人类后基因组时代专家讲座第43页我国在人类基因组计划中取得了主要结果，但在功效基因组研究中尚处滞后阶段人类功效基因组研究必须多学科、多试验室协作完成，必须吸引功效试验室和临床试验室参加对人类未知功效基因进行系统性功效和开发研究将成为我国生命科学知识创新和技术创新新生长点我国在人类基因组计划中研究现实状况8/29/202344人类后基因组时代专家讲座第44页北京大学人类疾病基因研究中心研究重点人类基因功效研究疾病相关基因研究（以SNPs研究为主）首期开启课题33项功效基因组和疾病相关基因课题疾病DNA样品库建立病理组织标准化样品库建立8/29/202345人类后基因组时代专家讲座第45页北大基因中心人类功效基因

研究部分结果1。促进凋亡新基因TFAR192。抑制凋亡新基因TFAR153。新细胞因子CKLF1（chemokine-likefactor1）及其变异体CKLF2、CKLF3、CKLF44。新细胞因子CKLF-H1（CKLFHomolog1）5。已知基因Thioredoxin新变异体8/29/202346人类后基因组时代专家讲座第46页人类分泌蛋白二级数据库建立因为细胞因子、生长因子、蛋白质激素等含有主要功效及应用价值生物学活性物质均为小分子分泌蛋白质，从人类基因组中寻找未知功效小分子分泌蛋白及编码基因有可能发掘出新细胞因子类生物活性物质，为深入功效研究和基因工程药品开发研究提供源头创新靶基因。8/29/202347人类后基因组时代专家讲座第47页8/29/202348人类后基因组时代专家讲座第48页新细胞因子cDNA克隆化策略8/29/202349人类后基因组时代专家讲座第49页细胞因子（Cytokine）：由机体各种细胞分泌含有调控细胞生长分化、调整免疫功效和生理活性并参加病理反应小分子肽或蛋白质。包含：白细胞介素(IL)

集落刺激因子(CSF)肿瘤坏死因子(TNF)趋化因子(Chemokine)

转化生长因子-

(TGF-

)

生长因子(GrowthFactor)

干扰素(IFN)等8/29/202350人类后基因组时代专家讲座第50页1.细胞因子常规克隆化策略

活性筛选发觉细胞因子活性线索

细胞因子表示细胞

提取mRNA

逆转录成为cDNA

克隆化至真核表示载体

转化大肠杆菌

细胞因子活性筛选

判定8/29/202351人类后基因组时代专家讲座第51页例1：IL-3猴T细胞系UCD-144MLA，可刺激CML细胞增殖。提取UCD-144MLA细胞mRNA，构建含30000个克隆cDNA表示文库，提取质粒DNA，分成100份，每份200个克隆，分别转染COS-7细胞，上清测定刺激活性，8份含有活性，其中只有1份不被抗GM-CSF抗体所抑制，深入有限稀释法筛选，取得猴IL-3cDNA，再经杂交筛选人基因文库，取得人IL-3序列（Cell1986，47：3，）。8/29/202352人类后基因组时代专家讲座第52页2.细胞因子产生细胞cDNA大规模测序和生物信息学分析细胞因子产生细胞cDNA文库

大规模随即测序

基因和蛋白数据库同源性比较

与已知细胞因子有同源性克隆

全长cDNA克隆化

真核原核表示

活性筛选

判定8/29/202353人类后基因组时代专家讲座第53页

例1：MPIF（MyeloidProgenitorInhibitoryFactor-1）：

从动脉内皮细胞cDNA文库大规模随机测序，发觉其中之一编码氨基酸与MIP-1

有51%同源性，昆虫细胞表示蛋白含有趋化T细胞和单核巨噬细胞活性，抑制骨髓细胞集落形成活性。（J.Exp.Med.1997,185:1163）。现已作为造血细胞保护剂进入II期临床试验。8/29/202354人类后基因组时代专家讲座第54页例2：新白细胞介素克隆化8/29/202355人类后基因组时代专家讲座第55页国内第二军医大学曹雪涛，军事医学科学院贺福初，复旦大学余龙,毛裕民等均利用此策略发觉一些新细胞因子。8/29/202356人类后基因组时代专家讲座第56页3.染色体中细胞因子聚集区大规模测序例1：17对染色体存在CC趋化因子Cluster，经过适当YAC克隆测序和生物信息学分析，克隆了MIP-4，与MIP-1

有49.5%同源性，趋化T细胞（Genomics1999Mar15;56(3):296-302）例2：在7q11.23发觉Eotaxin-3（JBC，1999，274：27975）8/29/202357人类后基因组时代专家讲座第57页4．差异显示技术克隆细胞因子利用同一细胞在不一样条件下表示细胞因