蛋白质组学医学院研究生课程概论讲课文档

蛋白质组学医学院研究生课程概论第1页，共140页。优选蛋白质组学医学院研究生课程概论第2页，共140页。蛋白质组是澳大利亚学者Williams和Wilkins于1994年首先提出，源于蛋白质（protein）与基因组（genome）两个词的杂合,意指proteinsexpressedbyagenome，即“一个细胞或一个组织基因组所表达的全部蛋白质”。

一、蛋白质组学的概念3第3页，共140页。二、蛋白质组学产生的背景-从基因组学到蛋白质组学4第4页，共140页。5第5页，共140页。基因组学研究生物基因组和如何利用基因的一门学问。该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用，试图解决生物，医学，和工业领域的重大问题。基因组学能为一些疾病提供新的诊断，治疗方法。例如，对刚诊断为乳腺癌的女性，一个名为“OncotypeDX”的基因组测试，能用来评估病人乳腺癌复发的个体危险率以及化疗效果，这有助于医生获得更多的治疗信息并进行个性化医疗。基因组学还被用于食品与农业部门。基因组学的主要工具和方法包括：生物信息学，遗传分析，基因表达测量和基因功能鉴定。第6页，共140页。基因组计划基因组测序，截止到2009年已经有3800多种生物的基因组被测定。7第7页，共140页。基因组计划嗜热古菌大肠杆菌8第8页，共140页。海绵基因组草图结果显示其中包含约１.８万个基因。海绵６亿多年前就出现在地球上，是已知最古老的多细胞动物，研究人员也在其基因组中找到了一些帮助单细胞动物进化为多细胞动物的关键基因，如指导细胞互相粘在一起的基因，以及使多个细胞能协调一致生长的基因。虽然海绵结构简单，没有神经和肌肉等组织，研究人员还是在其基因组中发现了与高等动物体内指导神经与肌肉活动基因相似的基因。研究人员认为，海绵基因组的复杂程度说明进化成海绵的上一级动物比以前认为的更复杂，这将改变人们对多细胞动物起源的传统看法。基因组计划9第9页，共140页。血吸虫基因组首次发现的与血吸虫感染宿主密切相关的弹力蛋白酶(Elastase)。有趣的是，血吸虫与具有同等大小基因组的非寄生生物比较，虽然基因数量相似，但功能基因的组成却有较大差别。一方面它丢失了很多与营养代谢相关的基因，如脂肪酸、氨基酸、胆固醇和性激素合成基因等，这些营养物质必须从哺乳动物宿主获得；另一方面，扩充了许多有利于蛋白消化的酶类基因家族的成员。这一变化充分体现了血吸虫适应寄生生活，与宿主协同进化的重要特性。血吸虫像其他多细胞生物一样，具有与发育密切相关的多条重要分子信号途径；血吸虫有原始的中枢神经系统和较为完善的外周感觉神经系统，能接受周围环境发出的声、光、机械振动等信号。血吸虫虽然不像高级哺乳动物那样有下丘脑等神经内分泌器官，但是它有类似功能的细胞，编码一些与生长、发育和成熟相关的内分泌激素受体，除接受本身合成的内分泌激素外，还接受宿主的激素作用，甚至形成依赖宿主内分泌激素的寄生状态。10第10页，共140页。基因组计划11第11页，共140页。基因组计划12第12页，共140页。基因组计划13第13页，共140页。基因组计划大熊猫不喜欢吃肉主要是因为一个基因T1R1“失活”了，无法感觉到肉的鲜味，但大熊猫本身没有能够消化竹子纤维的基因，消化竹子纤维则主要靠胃肠道细菌群。经过二倍体测序，证明大熊猫基因组仍然具备很高的杂合率，从而推断具有较高的遗传多态性，不会濒于灭绝！14第14页，共140页。人类基因组计划1990年，人类基因组计划在美国正式启动。1991年，美国建立第一批基因组研究中心。1993年，桑格研究中心在英国剑桥附近成立。1997年，法国国家基因组测序中心成立。1998年，中国在北京和上海设立国家基因组中心。1999年，中国获准加入人类基因组计划，承担1%的测序任务，成为参与这一计划的惟一发展中国家。2000年6月26日，中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布首次绘成人类基因组“工作框架图”。2001年2月12日，六国科学家联合在学术期刊上发表人类基因组“工作框架图”及初步分析结果。2001年8月26日，人类基因组“中国卷”的绘制工作宣告完成。2003年4月14日，中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现。2004年10月，人类基因组完成图公布。2005年3月，人类X染色体测序工作基本完成，并公布了该染色体基因草图。单倍体测序！15第15页，共140页。人类与黑猩猩的基因对比研究人类基因组有7个区域可能经历了25万年来的“选择性清洗”，也就是突变基因具有明显竞争优势。经过数百代繁殖后，突变种变成了种群里的优势种，相应的突变基因也变成了正常基因。人类基因组中经过“选择性清洗”的，就包括与语言相关的基因。研究人员发现，黑猩猩的Y染色体中有5个基因已经退化，而人类Y染色体中则没有这种现象。培格因此表示：“如果说在过去的600万年中，人类Y染色体有基因遗失的话，这种遗失程度也是很小的。我认为，我们可以自信地驳斥Y染色体‘末日’理论。人类Y染色体在今后的600万年里都不会消失。”

16第16页，共140页。人类基因组与尼安德特人的比较TheobservationthattheNeandertalgenomeappearsascloselyrelatedtothegenomeofaChineseandaPapuaNewGuineanindividualastothegenomeofaFrenchindividualisparticularlysurprisingasthereis,todate,nofossilevidencethatNeandertalsexistedinEastAsiaorPapuaNewGuinea.Greenetal.thussuggestthatgeneflowbetweenNeandertalsandmodernhumansoccurredpriortothedivergenceofEuropeanandAsianpopulations.Basedoncomparativegenomicdata,aswellasamathematicalmodelofgeneflow,theauthorsfurtherestimatethatbetween1and4%ofthegenomesofpeopleinEurasiamaybederivedfromNeandertals.17第17页，共140页。18第18页，共140页。藏人与汉人的基因组比较测定了50个藏族人的外显子组。发现了适应高海拔环境的一些候选关键基因。其中最强的自然选择的信号来自一个叫做内皮Per-Arnt-Sim结构域蛋白1（endothelialPer-Arnt-Sim(PAS)domainprotein1，EPAS1）的基因。该基因是一个转录因子，与缺氧反应有关。EPAS1的SNP显示藏族人与汉族人样本有78%的不同。这是迄今为止在人类基因中发生的最快的等位基因频率的变化。该SNP与血红蛋白含量的联系证明EPAS1的功能是适应缺氧环境。因此，通过群体基因组的研究，发现了一个基因与适应高原环境有关。19第19页，共140页。双倍体测序

（diploid

genome

sequence）20第20页，共140页。双倍体（diploid）测序21第21页，共140页。HAPMAP计划(国际人类基因组单体型图计划)单体型：位于一条染色体特定区域的一组相互关联，并倾向于以整体遗传给后代的单核苷酸多态的组合,又称单倍体型或单元型。项目共取样270个正常个体，其中欧洲30个三联家系，亚洲45个中国人，45个日本人，非洲30个三联家系。一期计划于2005年完成，共成功分型100多万个多态性位点，也称单核苷酸多态性（SNP）位点，全基因组平均3kb一个SNP位点。HapMap的构建分为三个步骤：（a）在多个个体的DNA样品中鉴定单核苷酸多态性（SNPs）；（b）将群体中频率大于1%的那些共同遗传的相邻SNPs组合成单体型；（c）在单体型中找出用于识别这些单体型的标签SNPs，确定每个个体拥有哪一个单体型。高密度的SNP位点，为全基因组相关性分析（'GenomeWideAssociationStudies'GWAS）提供了可能，以往遗传学上定位基因的使用较多的工具是微卫星，这一套新产生的SNP位点弥补了微卫星在基因组上分布不够均匀，以及密度不够高的缺点，SNP联合微卫星将使目的基因的精细定位更加可行。22第22页，共140页。23第23页，共140页。全基因组关联研究全基因组关联分析（Genome-wideassociationstudy）是指在人类全基因组范围内找出存在的序列变异，即单核苷酸多态性（SNP），从中筛选出与疾病相关的SNPs。第24页，共140页。25单基因遗传性状可以用基因连锁分析进行研究第25页，共140页。26

但对于复杂疾病与遗传性状，连锁分析的作用非常有限第26页，共140页。27研究对象选择进行GWAS时,选择的表型定义要准确和精确应尽可能选择那些可定量反映疾病危险程度的指标、可用于分析疾病临床亚型的特征,或可用于诊断和鉴别诊断疾病的表型特征。

缺血性脑卒中可能涉及血栓脱落或者脑动脉粥样硬化等不同的发病机制,但在人群中却常常同时出现而难以区分

第27页，共140页。28遗传标记的选择SNP基于单倍型图谱(HapMap)可以选择五十万到一百万个覆盖全基因组的SNPs用于GWAS。CNV基因组拷贝数变异(copynumbervariations,CNV)是指与参考序列相比,基因组中≥1kb的DNA片段插入、缺失和/或扩增,及其互相组合衍生的复杂染色体结构变异。

第28页，共140页。29研究方法第29页，共140页。30研究方法第30页，共140页。对两组共计5074名帕金森氏症患者和8551名健康人的DNA样本进行了调查，两组研究均证实，SNCA基因和MAPT基因发生突变与帕金森氏症有关。将上述结果与针对日本帕金森氏症患者开展的另一个基因组相关性研究进行了比较。结果显示，在对日本患者开展的研究中，SNCA基因突变同样是帕金森氏症的一个主要风险。不同的是，后一项研究并未发现MAPT基因与日本人患帕金森氏症的相关性，这说明帕金森氏症这种复杂疾病的诱因可能存在人种差异。Nature

Genetics：全基因组关联研究发现帕金森氏症易感基因31第31页，共140页。全基因组关联分析费力不讨好？据CMBI报道这一计划自2005年实施以来，已经陆续报导和公布了视网膜黄斑、乳腺癌、前列腺癌、白血病、冠心病、肥胖症、糖尿病、精神分裂症、风湿性关节炎等几十种疾病全基因组关联研究的结果。累计发表了近万篇论文(9900篇)。确定了一系列疾病发病的致病基因、相关基因、易感区域和单核苷酸多态性(SNP)的变异，取得了很大成绩。成果并不理想，与人们期望差距甚远。疾病的发病，早期预测，个体化的治疗并非像全基因组的分析那样简单。现在发现这种全基因组分析是高出低收，结果似是而非，有许多分析是无意义和不可靠的，甚至是不科学的。所获得的结果，庞杂无序，大多数的基因变异与疾病并不关联。在已实施的100余项GWAS和几千例患者样本的分析结果发现，许多基因变异都是罕见的基因变异而不是关键基因，有一些变异仅仅与疾病危险因子、诱发因子、影响因子有关，而不是疾病直接相关联的基因。NEJM(09.4.15)和Nature(09.5.12)对全基因组关联分析进行了评论，认为全基因组关联研究不能急功近利，更不能过度炒作，夸大其辞，而应该回归理性，实事求是地进行更长远的科学分析和研究。第32页，共140页。国际千人基因组计划中国深圳华大基因研究院、英国桑格研究所、美国国立人类基因组研究所等共同发起并主导。Workhasbegunonthefull-scaleefforttobuildapublicdatabasecontaininginformationfromthegenomesof2,500peoplefrom27populationsaroundtheworld.“Weareeagertomakerapidprogressonthefullsetof2,500genomesandtoprovidetheresultingdataforusebythediseasegeneticcommunity.Ifullyexpectthatthesedatawillmorepreciselydefinegeneticriskfactorsalreadydiscovered,andleadtothediscoveryofmanynewriskfactorsfordisease.”

33第33页，共140页。药物基因组学与个体化用药第34页，共140页。药物在部分人中无效和疗效差恶性肿瘤老年滞呆粪尿失禁丙型肝炎骨质疏松症偏头痛（慢性）风湿性关节炎偏头痛（急性）糖尿病哮喘心律失常精神病抑郁症（SSRI）镇痛（Cox2）有效率（%）80706050403020100DatafromFelixW.Frueh,OfficeofClinicalPharmacologyCDER/FDA，32ndInternationalMeetingLouisville,KYMay22,2006第35页，共140页。受试者人数血浆浓度A种族药物无效率增高B种族药物毒性率增加治疗窗种族间差异种族内差异药物反应有种族内和种族间差异第36页，共140页。药物代谢遗传因素的决定性基因环境0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%HGFEDCBAD:双香豆素C:阿司匹林B:安替比林A:保泰松H:二苯妥因F:水杨酸钠E:异戊巴比妥

亲脂性药物生物转化亲水性代谢产物药物重吸收药物重吸收肝脏药物代谢G:锂盐排泄第37页，共140页。年龄老年人儿童新生儿

性别身高/体重

并发症病程

药物个体差异的影响因素脏器功能肝,肾,心环境因素饮食

/吸烟/合并用药药物反应个体差异基因多态性第38页，共140页。药物基因组学的概念

药物基因组学（pharmacogenomics）是研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间关系，即基因本身及其突变体与药物效应相互关系的一门科学。是一门研究影响药物吸收、转运、代谢、清除、效应等个体差异的基因特性即决定药物行为和敏感性的全部基因的新学科。阐明药物代谢、药物转运和药物靶分子的基因多态性与药物效应及不良反应之间的关系，并在此基础上研制新的药物或新的用药方法。第39页，共140页。个体对药物的反应在分子水平存在差异（“个体差异”）药物基因组学是基因功能学与分子药理学的有机结合。药物基因组学是以药物效应及安全性为标，研究各种基因变异与药效及安全性的关系。药物基因组学的概念第40页，共140页。药物相关基因药物从进人体内到发挥作用直至被清除，是一个较为复杂的过程。任何一个环节出现问题都可能引起药物效应的各种异常。药物作用的差异可以是药物动力学或药效学差异。第41页，共140页。

1）药物代谢相关的酶 2）药物结合相关的受体 3）药物转运相关的膜通道 4）信号传导相关的蛋白质等的编码基因药物相关的基因大致可分为四类第42页，共140页。10q24.2Chromosome10CYP2C9gene9Exon55kb490AA10q24.2CGTASNPCYP2C9*1NormalenzymaticactivityGAGGACCGTGTTCAAGluAspArgValGln5’3’CYP2C9*2NoenzymaticactivityT430C>T(Arg144Cys)Cys单核苷酸多态性（SNP）导致人类遗传易感性的重要因素导致人类药物代谢和反应差异的重要因素GT突变野生型突变型第43页，共140页。药物基因组的研究方法筛选及鉴定与疾病或者药物应答表型相关的遗传标记物是药物基因组学研究的核心内容。研究方法包括： 候选基因分析 全基因组关联分析

第44页，共140页。候选基因分析是一种基于假设的研究方法。先假设某药物药代动力学或者药效动力学相关基因变异与药物效应或毒性应答相关。通过各种线索把某个或者某些与药物代谢、转运及信号通路中的基因为候选基因。将候选基因内的序列作为遗传标记物，分析它们与药物应答或者疾病表型之间的联系。

第45页，共140页。全基因组关联分析（GWAS）伴随着国际单体型计划的实现而发展的方法，在全基因组范围内寻找与药物应答及疾病表型之间关系。在不同地区甚至是全球范围内进行大行动联合研究，整合各方面的力量进行大规模的病例收集、大规模的SNP分析，进行整个基因组的关联分析研究。

第46页，共140页。GWAS分析SNP谱分层对药物治疗的反应人群标准治疗无效乳腺癌患者个体的SNP谱分类SNP谱ASNP谱BSNP谱DSNP谱ESNP谱C标准治疗有效第47页，共140页。药物基因组学与个体化治疗通过药物基因组学研究，可以了解遗传突变在药物应答中所起作用。

基因多态性与药物代谢 基因多态性与药物转运 基因多态性与药物靶分子第48页，共140页。药物作用受药物代谢、转运、靶点多态性控制药代动力学药效动力学药物疗效和毒性的个体差异基因组基因变异(单核苷酸多态性)药物靶点药物转运体药物代谢酶第49页，共140页。药物基因组学与个体化医疗一些药物基因组学基础研究阐明了某些基因多态性与药物应答之列的关系。因此，在此基础上可以对病人进行基因检测及基因分型，在临床上对个体化合理性用药进行指导。第50页，共140页。EGFR信号通路和恶性肿瘤靶向药物治疗NUCLEUSRafMEKKERKsekMAPKjnk/sapkC-mycC-junPI3KAktintermediatesApoptosisPPRho-BKi-67ExtracellularIntracellularRasYEGFRTKI（吉非替尼，厄洛替尼）mAb(Cetuximab，西妥昔单抗，爱必妥

)凋亡增殖第51页，共140页。增殖K-ras带有K-ras突变的结肠癌患者对西妥昔单抗的疗效降低K-ras变异和恶性肿瘤的抗-EGFR治疗12,13外显子(96%)and61

12外显子35G>A(甘

天门冬）为主GCTGATGCCGCetuximab(西妥昔单抗)无效应EGFRTKG细胞膜突变K-rasK-ras的功能突变不受上游信号控制第52页，共140页。K-ras发生率及药物疗效

LicarA,IntlJOncology,2010;36:1137转移性结肠直肠癌273例检测K-ras基因：12，13密码子7个常见突变野生型：54.5%突变型：45.5%（Gly12Asp最多：38.5%）西妥昔单抗（Cetuximab）治疗有效者的野生型为85.7%

有效者中也有突变型；无效者中也有野生型第53页，共140页。个体化用药能够提高结肠癌的药物疗效Langreth,R.(2008),‘Imclone’sGeneTestBattle’,F,16May

K-ras基因型检测

不用西妥昔治疗用西妥昔治疗

西妥昔治疗

治疗成功

第54页，共140页。个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用-美国治疗有效者平均每人节省60%费用40%疗效不好的病人避免罕见副作用有效率没有改变，为25%Langreth,R.(2008),‘Imclone’sGeneTestBattle’,F,16May进行Kras检测不进行Kras检测$22.800$38.000$97.022$156.554是否进行Kras检测实行爱必妥个体化治疗费用的比较$0$50,000$100,000$150,000$200,000平均治疗费用/人平均治疗费用/有效病人第55页，共140页。个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用–我国西妥昔临床用法：每周注射一次。初始量第一周400mg/m2，随后每周250mg/m2。按中国人平均体表面积计算，第一次用7瓶（100毫克/瓶），以后每次用4瓶。4400元/瓶。首次量：4400×7=30800元；其后每次：4400×4=17600元。西妥昔停用指针为肿瘤进展（药物治疗无效，病情恶化）。西妥昔治疗患者肿瘤无进展中位时间为16周，也即注射16次，合计费用为294800元。K-ras基因突变患者可平均节约30万元。第56页，共140页。Hanetal.JClinOncology23(11),2006MutationWilt-typeMutationWilt-typeEGFR主要功能突变:19号外显子：Glu746-Ala750缺失21号外显子：Leu858Arg携带EGFR突变的非小细胞肺癌患者对吉非替尼(gefitinib,TKI)疗效更好第57页，共140页。

19-21外显子突变纯合子19-21外显子突变杂合子19-21外显子野生纯合子用TKI(gefitinib)治疗用TKI(gefitinib)治疗不用TKI(gefitinib)治疗ECFR检测根据非小细胞肺癌患者EGFR基因型应用吉非替尼(gefitinib,TKI)第58页，共140页。售价：550元/片。每天口服药物费用550元，每月费用16500元。基因检测EGFR无突变患者可节省1-6个月的药费：16500元至99000元。

个体化用药降低非小细胞肺癌治疗费用第59页，共140页。尘螨基因组测序60第60页，共140页。

过敏性疾病被世界卫生组织（WHO）认为21世纪重点防治的三大疾病之一，世界各国变态反应疾病的总发病率约为20%-30%，此类疾病包括过敏性哮喘、过敏性鼻炎、过敏性皮炎等，是临床上的常见病、多发病。过敏性结膜炎（眼科）

哮喘（呼吸内科、儿科）仅小儿哮喘患者达千万

过敏性鼻炎（耳鼻咽喉科）荨麻疹和异位性皮炎（皮肤科、儿科）

过敏性胃肠炎（消化内科）尘螨与过敏性疾病61第61页，共140页。

过敏原免疫治疗(脱敏治疗)是目前唯一对因治疗的方法。

在众多变应原中，一般分为两大类：即吸入性变应原和食入性变应原，而吸入性变应原中尘螨是最主要的变应原，约占过敏性疾病患者阳性率的70-80%。62第62页，共140页。

粉尘螨（Dermatophagoidesfarinae）

现已构建cDNA文库，并已发现20多个尘螨过敏原。但由于没有全基因组序列，目前未能获得过敏原结构基因的序列，无法全面了解过敏原基因的结构、功能和调控等重要信息。63第63页，共140页。本项目的意义：1、尘螨基因组全序列分析研究从根本上阐明尘螨过敏原基因结构与功能及其致病机制的研究；

2、为螨性过敏性疾病的诊断和治疗（粉尘螨基因工程重组疫苗研制）及预防奠定基础；

3、作为一种节肢动物（占生物界物种的75-80%），进化上意义重大；研究其内含子、转录因子、调控序列、重复序列等信息具有重要的生物学意义。64第64页，共140页。研究内容粉尘螨基因组全测序；粉尘螨转录组全序列测定；粉尘螨micro-RNA测定；粉尘螨染色体核型分析（过敏原基因的定位）；重要功能基因元件与人类关键蛋白的受体、配件的相关研究粉尘螨基因工程新型重组疫苗和诊断试剂的研制及其疫苗免疫治疗作用机理的研究。65第65页，共140页。新一代测序技术加快基因组研究10～15分钟内完成一个人的完整基因测序。1000美元/人。66第66页，共140页。基因组研究的意义基因组序列图在分子层面上提供了一份生命“说明书”，不仅奠定了人类认识生命的基石，推动了生命与医学科学的革命性进展，为全人类的健康带来了福音。阐明生命的进化、生长、发育、分化等生理过程的基础。了解疾病的发生、发展的规律及致病病原体的致病机理。预测疾病的发生及诊断和治疗。

促进药物基础研究，针对性地开发治疗药物。促进农业生物技术、海洋生物技术、能源与环境生物技术的发展。67第67页，共140页。功能基因组学Functionalgenomics确定基因组所有基因及其产物的生物学功能的科学。68第68页，共140页。功能基因组的主要研究方法基因表达谱与表型变化通过动物模型研究人类基因功能蛋白质相互作用研究基因的功能定点突变研究基因的功能69第69页，共140页。基因表达谱与表型变化基因表达差异蛋白质表达差异70第70页，共140页。基因表达差异基因表达系列分析法（serialanalysisofgeneexpression,SAGE）单核苷酸多态性基因芯片71第71页，共140页。基因表达系列分析法（SAGE）72第72页，共140页。蛋白质表达差异双向电泳多维蛋白质层析技术73第73页，共140页。通过动物模型研究人类基因功能转基因动物基因敲除74第74页，共140页。基因敲除RNA干扰基因敲除75第75页，共140页。76第76页，共140页。77第77页，共140页。Downbutnotout!由RNAi结果总结的结论应该客观。目的蛋白的生物学功能特点组成型？诱导型？高表达？低表达？转录调节为主？转录后调节？78第78页，共140页。基因敲除79第79页，共140页。酵母的基因敲除FunctionalcharacterizationoftheS.cerevisiaegenomebygenedeletionandparallelanalysis.Winzeler,etal.Science,1999.80第80页，共140页。Distributionoffunctionalclassesofessential(innercircle)andnonessential(outercircle)ORFs.81第81页，共140页。小鼠的基因敲除82第82页，共140页。83第83页，共140页。84第84页，共140页。蛋白质相互作用研究基因的功能酵母双杂交技术表面展示技术免疫共沉淀技术蛋白质亲和沉淀技术免疫磁珠技术85第85页，共140页。酵母双杂交技术86第86页，共140页。定点突变研究基因的功能87第87页，共140页。定点突变88第88页，共140页。新型基因敲除技术锌指核酸酶(zincfingernuclease,ZFN)TalenCRISPR第89页，共140页。基因组学的局限1、研究基因组不能了解生命执行者----蛋白质的生理生化功能。贮存结构免疫酶运输信号运动

90第90页，共140页。基因组学的局限2、mRNA的量与蛋白质表达量并不对应。91第91页，共140页。基因组学的局限3、可变剪切时蛋白质组学的复杂性远远高于基因组。

基因重排、RNA编辑、可变剪切等机制使得蛋白质数量超过基因的数量。92第92页，共140页。基因重排。93第93页，共140页。抗体类别转换94第94页，共140页。前体的剪切95第95页，共140页。可变剪切96第96页，共140页。不同的剪切97第97页，共140页。98第98页，共140页。RNA编辑99第99页，共140页。基因组学的局限4、蛋白质翻译后修饰或者加工使得数量有限的编码基因产生数量巨大的蛋白质。

1）磷酸化与信号传导、神经活动、肌肉收缩及细胞的增殖、发育和分化有关。

2）糖基化

糖基化的异常与疾病发生有关。3）甲基化

组蛋白的甲基化对细胞分化、发育、基因表达、基因组稳定性等有关。甲基化异常与疾病有关。4）乙酰化

组蛋白乙酰化与去乙酰化与基因转录有关。5）泛素化

泛素化使蛋白质降解，与细胞分化与凋亡等生理过程有关。100第100页，共140页。101第101页，共140页。Intein（可以剪切的蛋白质）

102第102页，共140页。103第103页，共140页。Cyclicpeptide104第104页，共140页。基因组学的局限5.基因组学不能解释蛋白质的时间和空间的动态变化。

1)个体发育的不同阶段或者细胞的不同活动时期，细胞内产生蛋白质可能不同，寿命可能也不一样。2）蛋白质在细胞的不同部位时功能可能不同。

“立体细胞生物学”。3）在细胞增殖、分化、衰老和凋亡中，蛋白质不仅具有表达时间、表达量的差异，而且还具有对外界化境刺激（生理信号、病理信号及外界物理、化学因素等）产生反应的能力。Abutterflyandacaterpillarhavethesamegenomebutdifferentproteomes.

105第105页，共140页。基因组学的局限6.基因组学不能解释蛋白质的相互作用网络。

1）蛋白质需要与其他蛋白质形成复合体来执行功能。同时可能形成不同的蛋白复合体，执行不同的功能。2）蛋白质的相互作用、相互协调是细胞进行一切代谢活动的基础。106第106页，共140页。基因组学的局限7.基因组学不能解释蛋白质的代谢过程。

107第107页，共140页。基因组学的局限8.基因组学解释不了蛋白质的结构与功能。

108第108页，共140页。基因组学的局限9.基因组学方法技术要求实现不了蛋白质研究的技术要求。第一个蛋白质序列的测定：胰岛素，1951年；第一个核酸测序:酵母的tRNA，1966年。为什么蛋白质研究落后于基因的研究？

109第109页，共140页。基因组学的局限10.基因组学方法寻找级联放大的上游开关分子存在难度。

110第110页，共140页。基因组学的局限11.基因组学方法不能对一些特定的生物样本进行分析。

111第111页，共140页。12.在寻找靶标时力不从心。蛋白质是各种代谢及调控途径的最主要的执行者，因此是许多致病因子对机体作用最重要的靶分子，是大多数药物的靶标乃至直接的药物（全世界制药业大部分新药的药靶是蛋白质，如受体、酶等）。基因组学的局限112第112页，共140页。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。113第113页，共140页。三、蛋白质组学的产生与发展114第114页，共140页。

基因组时代→后基因组时代研究重点的转移及其标志

功能基因组学的主要任务

115第115页，共140页。第一篇蛋白质组学文章Progresswithgene-productmappingoftheMollicutes:Mycoplasmagenitalium.Aproteinmapofthesmallestknownself-replicatingorganism,Mycoplasmagenitalium(Class:Mollicutes),revealedahighproportionofacidicproteins.Aminoacidcompositionwasusedtoputativelyidentify,orprovideuniqueparameters,for50geneproductsseparatedbytwo-dimensionalgelelectrophoresis.Afurther19proteinsweresubjectedtopeptide-massfingerprintingusingmatrix-assistedlaserdesorptionionisation-timeofflight(MALDI-TOF)massspectrometryand4weresubjectedtoN-terminalEdmandegradation.Electrophoresis.1995;16(7):1090-4.116第116页，共140页。对应于基因组的所有蛋白质构成的整体，不是局限于一个或几个蛋白质。同一基因组在不同细胞、不同组织中的表达情况各不相同。在空间和时间上动态变化着的整体。蛋白质组117第117页，共140页。蛋白质组学(proteomics)

指应用各种技术手段来研究蛋白质组的一门新兴科学，其目的是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。

118第118页，共140页。主要研究内容

了解某种特定的细胞、组织或器官制造的蛋白质种类；

明确各种蛋白质分子是如何形成作用网络的；

描绘蛋白质的精确三维结构，揭示其结构上的关键部位，如与药物结合并且决定其活性的部位。

119第119页，共140页。进展各国政府支持，国际著名研究和商业机构加盟：1996年澳大利亚建立了世界上第一个蛋白质组研究中心（AustraliaProteomeAnalysisFacility，APAF）120第120页