药物分子生物学第堂课分析

1、复习：第一节 蛋白质组学概述,2,主要内容,一、蛋白质组学 二、蛋白质组学的分类 三、蛋白质组与转录组的关系 *四、蛋白质组学的主要研究技术,自测题,4,1.名解：蛋白质组,*蛋白质组是由一个基因组、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。,5,2.名解：蛋白质组学,蛋白质组学是研究蛋白质组的科学。研究蛋白质的组成、表达水平、翻译后修饰、蛋白质间相互作用等。,6,3.名解：表达蛋白质组学,比较不同样品间蛋白质表达谱、表达量、修饰的差异，发现疾病特异性蛋白质或药靶。,7,4.名解：结构蛋白质组学,对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，确定它们在细胞中的定位，了

2、解蛋白质之间的相互关系。,8,5.名解：功能蛋白质组学,研究执行某种功能的： 蛋白质复合体 蛋白质-蛋白质相互作用 蛋白质-DNA/RNA相互作用 蛋白质翻译后修饰。,9,6.蛋白质组学技术有哪些？,（一）双向凝胶电泳 （二）生物质谱 （三）蛋白质芯片 （四）酵母双杂交 （五）生物信息学,10,7.名解：肽质量指纹谱（PMF）,肽质量指纹谱（Peptide Mass Fingerprinting, PMF）是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。,11,8.简述2-DE+MS研究蛋白质组的程序,样品制备（蛋白质提取） 蛋白质分离（双向电泳） 凝胶染色（便于观察） 图像分

3、析：寻找丰度差异的斑点 胶内酶切（肽混合物的制备） 质谱分析（获得肽指纹图） 数据库检索（鉴定）,12,9.填空：,酵母双杂交系统是根据真核细胞转录调控特点建立的研究活细胞内（ ）相互作用的技术。,13,10.生物信息学在蛋白质组学有哪些应用？,分析和构建双向凝胶电泳图谱 搜索与构建数据库 蛋白质结构和功能的预测 分析软件、检索软件的应用与开发,第二节药物蛋白质组学及应用,14,第二节药物蛋白质组学及应用,Pharmacoproteomics,15,药物蛋白质组学的概念（1/2）,*将蛋白组学的理论和技术用于药物研究领域，通过对比健康状态与疾病状态的细胞或组织的蛋白质组表达差异，发掘药物靶点或

4、,16,药物蛋白质组学的概念(1/2),*药物治疗前后蛋白质表达状况的分析，用于药物作用机制、药物不良反应的研究，以评价药物类似物的结构与活性关系等，由此发展起来的一门学科称之为药物蛋白组学。,第二节主要内容,药物蛋白质组学的概念,发现药物和药靶 研究药物的作用机制 研究药物的不良反应 研究药物的耐药机制,18,主要内容,一、药物蛋白质组学概述 二、药物蛋白质组学在药理药学研究中的应用 三、蛋白质组学在药物不良反应研究中的应用 四、蛋白质组学在中药研究中的应用,19,本节课必须掌握的内容,什么是药物筛选模型？ 新药筛选模型的类型有那些？ 什么是Drug target？ 蛋白质组学发现药靶的基本

5、策略是什么？,20,一、药物蛋白质组学概述,药物蛋白质组学的研究内容： 临床前：发现药靶和药物、研究药物作用机制和毒理学机制 临床：药靶作为选择药物的依据和临床诊断的标记物、基于蛋白质组差异的个体化治疗 中药药理和新药发现,二、药物蛋白质组学应用,21,二、药物蛋白质组学在药理药学研究中的应用,蛋白质组学技术应用于药学研究最经典的技术路线：双向电泳+质谱 比较： 正常组 疾病组 给药组,示意图,24,药物不良反应研究,中药研究,25,药理药学研究,（一）构建分子药理筛选模型 （二）药物靶点的发现、验证和优化 （三）药物作用机制研究 （四）药物毒理机制研究 （五）耐药机制研究,26,（一）构建分

6、子药理筛选模型,*药物筛选模型: 是用来确证某种物质是否具有生物活性和治疗作用（即药理活性）的一种实验方法。,27,*新药筛选模型的类型有那些：,整体动物模型 组织、器官水平模型 分子水平模型,28,1.整体动物模型,理想动物病理模型应具备的3个条件： 病理机制相似性 病理表现的稳定性 药物作用的可观察性,29,1.整体动物模型,优点：直观。 不足：依赖手工；样品（药）数受限；局限性、效率低、费用高。,2.组织、器官水平模型,30,2.组织、器官水平模型（1/3）,观察药物对特定组织或器官的作用： 血管、血管环 心脏灌流 组织培养等,31,2.组织、器官水平模型（2/3）,优点：样品（药）用量

7、少；动物耗费少，多药同筛，降低成本；减少了影响因素。,32,2.组织、器官水平模型（3/3）,不足：规模小、效率低，不易实现一药多筛（多活性），技术要求高。,33,3.分子水平模型,即蛋白质水平： 自动化 大规模 高通量(High throughput screening，HTS) 实现了一药多筛（多活性）,例如非甾体类抗炎药吲哚美辛,炎症模型大鼠， 给与大鼠吲哚美辛， 观察给药前后大鼠血清中蛋白质组的变化， 建立非甾体类抗炎药血清蛋白质组的表达框架， 应用该框架筛选其它非甾体类抗炎药。,药理药学研究：（二）药物靶点的发现、验证和优化,35,（二）药物靶点的发现、验证和优化,药物靶点的发现 药

8、物靶点的验证 药物靶点的优化,36,1.药物靶点的发现,*Drug target： 是细胞内与药物相互作用，并赋予药物效应的分子。 多数药靶是蛋白质：酶、受体、激素、信号分子等。,37,作为蛋白质药靶的必要条件：,患病部位高表达 体外实验：调节靶点活性 产生效应 动物模型：该效应再现 人体试验：有治疗效果,38,*蛋白质组学发现药靶的基本策略：,比较正常与疾病： 组织 细胞 或体液 的蛋白质表达谱差异和表达量变化。,潜在的药物靶点：,（1）以疾病特异性蛋白为药物靶点 急性淋巴细胞白血病：Op18高表达且磷酸化,（2）以生物标记分子为药物靶点 高转移肝癌细胞株：细胞角蛋白CK19高表达。,潜在的

9、药物靶点：,生物标志物,生物标志物（1/3）,生物标志物是生物体发生严重损害之前，在不同生物学水平上异常化的信号指标。它可以对严重毒性伤害提供早期警报。,生物标志物（2/3）,细胞分子结构和功能的变化 某一生化代谢过程的变化或生成异常的代谢产物或其含量 某一生理活动或某一生理活性物质的异常表现,生物标志物（2/3）,个体表现出的异常现象 种群或群落的异常变化 生态系统的异常变化。,（3）以酶分子为药物靶点 骨质疏松：组织蛋白酶K高表达。 （转录组学技术）p218,潜在的药物靶点：,（4）以信号转导分子为药物靶点 通过比较，寻找某个信号途径中增加、减少或丧失的蛋白质或蛋白质修饰的变化。,潜在的药

10、物靶点：,46,潜在的药物靶点：,复习-潜在的药物靶点,47,复习-潜在的药物靶点：,（1）以疾病特异性蛋白为药物靶点 （2）以生物标记分子为药物靶点 （3）以酶分子为药物靶点 （4）以信号转导分子为药物靶点,2.药物靶点的验证,48,2.药物靶点的验证,研究靶蛋白的功能，确定其在疾病发生过程中的作用。 低效,具体技术,49,酵母双杂交系统 逆双杂交：URA3表达、生长抑制 胞质双杂交：分析膜蛋白质(P219) 蛋白质芯片 化学蛋白质组学：精确灭活活细胞蛋白质 生物传感芯片、转染细胞微阵列、转基因技术和基因敲出技术等,逆双杂交,蛋白质 蛋白质 URA3表达 细胞不长 Reverse two-h

11、ybrid system 该技术主要用于鉴定某种化合物和多肽是否能干扰蛋白质间的相互作用,胞质双杂交,cytoplasmic two-hybrid system 断裂泛素双杂交系统:split-ubiquitin two-hybrid system 用于分析膜蛋白的相互作用。,52,断裂泛素双杂交系统（胞质双杂交）,化学蛋白质组学,断裂泛素 断裂泛素-转录因子 重组泛素-转录因子（被UBP切割） 转录因子进入细胞核，报告基因表达,突变断裂泛素 断裂泛素-转录因子 重组泛素-转录因子（不能被UBP切割） 转录因子进入细胞核，报告基因不表达,53,断裂泛素双杂交系统（胞质双杂交）,化学蛋白质组学,

12、54,断裂泛素双杂交系统（胞质双杂交）,突变断裂泛素-蛋白X 断裂泛素-蛋白Y-转录因子 重组泛素-转录因子（被UBP切割） 转录因子进入细胞核，报告基因表达,化学蛋白质组学,55,化学蛋白质组学,化学标记浓缩的一部分特殊蛋白质。 例如：发色辅助激光灭活是化学蛋白质组学的方法之一。它是活细胞蛋白精确灭活技术。,56,化学蛋白质组学,孔雀绿标记的非功能灭活抗体与特异性蛋白结合 激光照射 孔雀绿产生活性分子 靶蛋白失活 例如：该技术证实ezrin和pp60-c-src蛋白参与了肿瘤的发生过程。,3.药物靶点的优化,57,3.药物靶点的优化,作为靶点的蛋白质是否为候选药物的最佳选择，是否为治疗的最佳

13、位点。 靶点能被药物高效、特异地结合。 药靶的优化过程是综合各种信息的最优设计。,药理药学研究：（三）药物作用机制研究,58,（三）药物作用机制研究(1/2),蛋白质组学技术可用于： 研究不同药物具有相同的药物作用机制:衍生物(p220)： 通过观察蛋白质表达谱和表达量的变化,59,（三）药物作用机制研究(2/2),蛋白质组学技术可用于： 2.揭示药物作用机制，清晰药物作用靶点:发现喹啉与红细胞膜上的ALDH1、QR2结合，所以它们是靶点。 3.为药物作用机制研究提供有价值的依据：P220,药理药学研究：（四）药物毒理机制研究,60,（四）药物毒理机制研究,毒理蛋白质组学 药物毒理机制的研究,

14、61,1.毒理蛋白质组学,毒理学：是研究外源性物质对生命有机体损伤作用和规律及其机制的一门学科。 传统毒理学：利用生化和病理指标。灵敏度低、特异性差、描述多、机制少。 毒理蛋白质组学：寻找产生毒理效应的靶蛋白,毒理蛋白质组学包括2个主要部分：,临床前和临床中发现毒性标记物 毒性作用机制研究。,63,2.药物毒理机制的研究,（1）肝毒性机制研究 1）药物产生肝毒性作用的可能机制研究，p221 2）药物发挥肝解毒作用的可能机制研究,64,2.药物毒理机制的研究,（2）肾毒性机制研究 1）药物导致调控蛋白质表达变化产生毒性作用： +环保菌素A 钙结合蛋白 钙在肾脏异常沉积 肾损伤,65,2.药物毒理

15、机制的研究,（2）肾毒性机制研究 2）药物影响与能量代谢有关蛋白质表达变化产生毒性作用(P222) （3）致癌性的预测：生物标志（p222）,（五）耐药机制研究,66,（五）耐药机制研究,细菌耐药机制的研究 肿瘤耐药机制的研究（p222） 通过研究给药后敏感细胞株和耐药细胞株差异表达的蛋白质实现。,三、蛋白质组学在药物不良反应研究中的应用,67,三、蛋白质组学在药物不良反应研究中的应用,检测药物不良反应的方法包括： 能特异性鉴定引起不良反应的药物； 能发现药物引起的组织早期损伤； 能利用患者的体液进行检测。 寻找正常组织和不良反应组织蛋白质表达的差异。,四、蛋白质组学在中药研究中的应用,68,

16、四、蛋白质组学在中药研究中的应用,（一）中药有效成分作用靶点的识别 （二）中药药理作用的研究 （三）濒危中药材细胞培养工程及相关替代研究,（一）中药有效成分作用靶点的识别,69,（一）中药有效成分作用靶点的识别,药物作用前后蛋白质表达图谱，建立有效成分作用靶点识别体系。,（二）中药药理作用的研究,70,（二）中药药理作用的研究 寻找模型组、多种配伍治疗组、多种对照组之间的差异蛋白质。p224 （三）濒危中药材细胞培养工程及相关替代研究 了解表达调控规律，控制培养；筛选最佳替代品,自测题,71,自测题,72,*药物筛选模型是用来确证某种物质是否具有生物活性和治疗作用的一种实验方法。,1.名解：药物筛选模型,73,2.新药筛选模型有哪些？,整体动物模型 组织、器官水平模型 分子水平模型,74,3.