分子生物学在医学中的应用课件.pptx

1、分分 子子 医医 学学Molecular M办公室：科研办公室：科研B217或综合楼或综合楼513定义定义 Definition分子生物学分子生物学：从从分子水平分子水平研究作为生命活动主要物质研究作为生命活动主要物质基础的基础的生物大分子的结构与功能生物大分子的结构与功能，从而阐明生命现象，从而阐明生命现象本质的科学。本质的科学。定义定义 Definition分子生物学分子生物学：从分子水平研究作为生命活动主要物质从分子水平研究作为生命活动主要物质基础的生物大分子的结构与功能，从而阐明生命现象基础的生物大分子的结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学。本质的科学。分子医学分子医学：分子生物学在

2、医学中的应用。是从分子水平：分子生物学在医学中的应用。是从分子水平阐述基因组、基因、基因转录及其调控；蛋白质合成及阐述基因组、基因、基因转录及其调控；蛋白质合成及其调控（包括蛋白质组）、蛋白质修饰、蛋白质降解；其调控（包括蛋白质组）、蛋白质修饰、蛋白质降解；细胞周期及其调控；信号转导等细胞周期及其调控；信号转导等分子细胞生物学事件在分子细胞生物学事件在生理和病理过程中的作用生理和病理过程中的作用，目的是，目的是从分子机制角度解释从分子机制角度解释疾病发生、发展等过程疾病发生、发展等过程，并从中发展，并从中发展疾病风险预测、诊疾病风险预测、诊断和治疗技术断和治疗技术。定义定义 Definitio

3、nMolecular medicine is a broad field,where physical,chemical,biological and medical techniques are used to describe molecular structures and mechanisms,identify fundamental molecular and genetic errors of disease,and to develop molecular interventions to correct them.From Wikipedia,the free encyclop

4、ediaNATURE|VOL 432|SUPP|18 NOVEMBER 2004|一、分子生物学简介一、分子生物学简介分子生物学重点研究领域分子生物学重点研究领域 蛋白质蛋白质(包括酶包括酶)的结构和功能的结构和功能 核酸的结构和功能，包括遗传信息的传递核酸的结构和功能，包括遗传信息的传递 生物膜的结构和功能生物膜的结构和功能 生物调控的分子基础生物调控的分子基础蛋白质与蛋白质的相互作用蛋白质与蛋白质的相互作用蛋白质和核酸的相互作用蛋白质和核酸的相互作用核酸与核酸的相互作用核酸与核酸的相互作用表观遗传机制（蛋白质表观遗传机制（蛋白质/核酸的修饰）核酸的修饰）分子生物学主要研究技术分子生物学主要

5、研究技术 分离、纯化（主要是生物大分子）分离、纯化（主要是生物大分子）克隆、表达克隆、表达 PCR（多聚酶链式反应（多聚酶链式反应）凝胶电泳：琼脂糖凝胶电泳；凝胶电泳：琼脂糖凝胶电泳；SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳 （SDS-PAGE）；等电聚焦电泳；双向电泳）；等电聚焦电泳；双向电泳 印迹技术：印迹技术：Southern blotting;Northern blotting;Western blotting 微阵列技术：基因；蛋白质；微阵列技术：基因；蛋白质；miRNA；调控元件；调控元件 Gene-knockout/knock-in RNA interference(RNAi)

6、分子生物学主要研究技术分子生物学主要研究技术 研究生物大分子三维结构常用的实验手段：研究生物大分子三维结构常用的实验手段：X射线晶体学、核磁共振、电子显微学、原子力显微镜射线晶体学、核磁共振、电子显微学、原子力显微镜 以及以及X射线小角散射等。射线小角散射等。分子生物学的里程碑分子生物学的里程碑1953年发现年发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构1962年获诺贝尔生理及医学奖年获诺贝尔生理及医学奖Francis Harry Compton Crick1916-2004 James Dewey Watson1928-Maurice Hugh Frederick Wilkins1916-2004 D

7、NA双螺旋结构的发现双螺旋结构的发现分子生物学的里程碑分子生物学的里程碑 1967-1970年年R.Yuan和和H.O.Smith等发现限制性核酸内切酶等发现限制性核酸内切酶 1985年年Cetus公司公司Mullis等发明聚合酶链式反应（等发明聚合酶链式反应（PCR）1972年年Berg等将等将SV-40病毒病毒DNA与噬菌体与噬菌体P22DNA在体外在体外 重组成功，获得了新的重组重组成功，获得了新的重组DNA分子，并成功转化大肠杆分子，并成功转化大肠杆 菌，打破了种属界限。菌，打破了种属界限。1973年，年，Cohen和和Boyer获得美国首个获得美国首个DNA重组技术专利重组技术专利基

8、因工程技术的建立基因工程技术的建立分子手术刀：限制性内切酶分子手术刀：限制性内切酶分子手术线：分子手术线：DNA连接酶连接酶分子生物学的里程碑分子生物学的里程碑人类基因组计划人类基因组计划(human genome project,HGP)由美国科学家于由美国科学家于1985年率先提出，于年率先提出，于1990年正式启动。年正式启动。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与。规模：规模：3x109碱基；碱基；30亿美元。亿美元。我国：我国：1993年加入，承担年加入，承担1%的任务，即人类的任务，即人类3号染色体短臂上号染色体短臂上 约

9、约30Mb的测序任务。的测序任务。重要事件：重要事件：2000年年6月月28日人类基因组工作草图完成日人类基因组工作草图完成 2003年年4月月14日日,人类基因组序列图绘制成功人类基因组序列图绘制成功 2004年年10月，人类基因组完成图公布月，人类基因组完成图公布 2005年年3月，人类月，人类X染色体测序工作基本完成染色体测序工作基本完成 分子生物学的里程碑分子生物学的里程碑人类基因组计划人类基因组计划(human genome project,HGP)基因组研究的发展：基因组研究的发展：五种模式生物基因组：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠五种模式生物基因组：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和

10、小鼠人类基因组计划的发展：人类基因组计划的发展：结构基因组、药物基因组、功能基因组、蛋白质组、代谢组结构基因组、药物基因组、功能基因组、蛋白质组、代谢组 人类基因组单体型图（人类基因组单体型图（HapMap）人类基因组多样性研究计划（人类基因组多样性研究计划（Human Genome Diversity Project）人类基因变异组计划人类基因变异组计划。二、分子医学简介二、分子医学简介分子医学的简史分子医学的简史 1949年年,Linus Pauling、Harvey Itano及其同事在及其同事在Science发表论文发表论文“Sickle Cell Anemia,a Molecular

11、 Disease”，为分子医学的诞生奠定了基础。为分子医学的诞生奠定了基础。1956年，年，Roger J.Williams的的Biochemical Individuality是一本先知性的分子水平关于疾病的遗传、预防和治疗是一本先知性的分子水平关于疾病的遗传、预防和治疗的书，有个性化医学痕迹。的书，有个性化医学痕迹。1956年年Ingram第一次将镰状细胞贫血的原因确认为是一第一次将镰状细胞贫血的原因确认为是一个蛋白分子中的一个氨基酸发生了改变（个蛋白分子中的一个氨基酸发生了改变（GluVal）。）。1976年，癌基因的发现开创了肿瘤治疗的新纪元。年，癌基因的发现开创了肿瘤治疗的新纪元。1

12、978年，美籍华裔科学家简悦威（年，美籍华裔科学家简悦威（Kan YM）第一次成）第一次成功地对镰状细胞贫血进行了产前诊断，开创了基因诊断功地对镰状细胞贫血进行了产前诊断，开创了基因诊断新时代。新时代。1982年世界上第一个基因重组产品年世界上第一个基因重组产品人胰岛素问世。人胰岛素问世。1990年，第一例真正意义上的基因治疗实施。年，第一例真正意义上的基因治疗实施。分子医学重点研究领域分子医学重点研究领域 基因、遗传与疾病的关系基因、遗传与疾病的关系 蛋白质与疾病的关系蛋白质与疾病的关系 环境与健康的关系环境与健康的关系 疾病发生、发展的分子机制疾病发生、发展的分子机制。分子医学重点研究领域

13、分子医学重点研究领域 基因、遗传与疾病的关系基因、遗传与疾病的关系 蛋白质与疾病的关系蛋白质与疾病的关系 环境与健康的关系环境与健康的关系 疾病发生、发展的分子机制疾病发生、发展的分子机制。2020世纪末、世纪末、2121世纪初以细胞病理学为基础的医学模式世纪初以细胞病理学为基础的医学模式正在向分子医学（以分子生物学、分子细胞学、分子正在向分子医学（以分子生物学、分子细胞学、分子药理学以及现代计算机技术等为基础）模式转变。药理学以及现代计算机技术等为基础）模式转变。分子医学的可能贡献分子医学的可能贡献 疾病预测与预防疾病预测与预防疾病相关基因疾病相关基因基因多态性基因多态性 疾病诊断疾病诊断生

14、物标志物生物标志物 疾病治疗疾病治疗基因治疗、细胞治疗、器官移植、再生医学基因治疗、细胞治疗、器官移植、再生医学药物发现及开发药物发现及开发靶向治疗技术：靶向药物靶向治疗技术：靶向药物个体化治疗技术：个体化用药个体化治疗技术：个体化用药 生殖健康生殖健康产前诊断、植入前诊断产前诊断、植入前诊断孕期检查孕期检查新生儿筛查新生儿筛查 分子医学的面临的问题分子医学的面临的问题 遗传变异与人的健康的关联程度到底有多大？遗传变异与人的健康的关联程度到底有多大？器官再生的机制？器官再生的机制？能否选择性关闭免疫反应？能否选择性关闭免疫反应？有效的有效的HIV疫苗是否可行？疫苗是否可行？Science创刊1

15、25周年时征集的最重要的25个科学问题（2005）分子医学的困境分子医学的困境 1994年发现了年发现了BRCA基因突变携带者乳腺癌和卵基因突变携带者乳腺癌和卵巢癌发生率大大增高，但是由于不能确定环境因巢癌发生率大大增高，但是由于不能确定环境因素对癌症发生的影响，从医生的角度，仍然不知素对癌症发生的影响，从医生的角度，仍然不知道到底应该向病人推荐什么样的预防方案。道到底应该向病人推荐什么样的预防方案。个体基因解析为我们描绘了疾病个体化治疗的前个体基因解析为我们描绘了疾病个体化治疗的前景，但是个体基因数据的公开可能带来的社会歧景，但是个体基因数据的公开可能带来的社会歧视、医疗保险歧视、就业歧视则

16、也为人们所关注。视、医疗保险歧视、就业歧视则也为人们所关注。个体基因甚至群体的特征分析可能为世界带来什个体基因甚至群体的特征分析可能为世界带来什么？么？战争还是和平？和谐发展还是种族灭绝？仍战争还是和平？和谐发展还是种族灭绝？仍然是未知数然是未知数!。分子医学的发展方向分子医学的发展方向 新的细胞信号转导途径新的细胞信号转导途径 建设多学科综合研究项目的研究团队建设多学科综合研究项目的研究团队重塑临床研究以加快从机理发现向医学应用的转化重塑临床研究以加快从机理发现向医学应用的转化过程过程 中国：中国：国家中长期科学和技术发展规划纲要（国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020）健康中国

17、健康中国2020。国家中长期科学和技术发展规划纲要国家中长期科学和技术发展规划纲要重点领域及其优先主题：重点领域及其优先主题：8人口与健康人口与健康（47）安全避孕节育与出生缺陷防治）安全避孕节育与出生缺陷防治（48）心脑血管病、肿瘤等重大非传染疾病防治）心脑血管病、肿瘤等重大非传染疾病防治（49）城乡社区常见多发病防治）城乡社区常见多发病防治（50）中医药传承与创新发展）中医药传承与创新发展（51）先进医疗设备与生物医用材料）先进医疗设备与生物医用材料 重大专项：重大专项：转基因生物新品种培育转基因生物新品种培育 重大新药创制重大新药创制 艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治艾滋病和病毒性肝炎

18、等重大传染病防治 国家中长期科学和技术发展规划纲要国家中长期科学和技术发展规划纲要前沿技术：前沿技术：1生物技术生物技术 （1）靶标发现技术）靶标发现技术 （2）动植物品种与药物分子设计技术）动植物品种与药物分子设计技术 （3）基因操作和蛋白质工程技术）基因操作和蛋白质工程技术 （4）基于干细胞的人体组织工程技术）基于干细胞的人体组织工程技术 （5）新一代工业生物技术新一代工业生物技术 国家中长期科学和技术发展规划纲要国家中长期科学和技术发展规划纲要基础研究：基础研究：2科学前沿问题科学前沿问题（1）生命过程的定量研究和系统整合）生命过程的定量研究和系统整合（7）脑科学与认知科学）脑科学与认知

19、科学 3面向国家重大战略需求的基础研究面向国家重大战略需求的基础研究（1）人类健康与疾病的生物学基础）人类健康与疾病的生物学基础 4重大科学研究计划重大科学研究计划（1）蛋白质研究）蛋白质研究（2）量子调控研究）量子调控研究（3）纳米研究）纳米研究（4）发育与生殖研究）发育与生殖研究（5）干细胞研究干细胞研究 分子医学领域学术期刊分子医学领域学术期刊 Molecular Medicine Journal of Cellular and Molecular Medicine International Journal of Molecular Medicine Trends in Molecul

20、ar Medicine Current Molecular Medicine Methods in Molecular Medicine 二、分子医学课程简介二、分子医学课程简介 研究生核心课程研究生核心课程 医学部课程体系改革的先锋医学部课程体系改革的先锋 定位：医学研究生基础理论课程定位：医学研究生基础理论课程 开课理念：注重分子、细胞水平的基础生物学开课理念：注重分子、细胞水平的基础生物学 知识与医学的紧密结合，一方面从面上介绍相知识与医学的紧密结合，一方面从面上介绍相 关生物学前沿进展和知识及其在医学领域的应关生物学前沿进展和知识及其在医学领域的应 用，另一方面以专题的形式深入探讨关键

21、知识用，另一方面以专题的形式深入探讨关键知识 点点/技术与医学的关系。技术与医学的关系。师资：依托学部骨干教授；师资：依托学部骨干教授；AB角制角制 授课方式：课堂教学授课方式：课堂教学+自学（网络、文献）自学（网络、文献）教学方式：启发式为主，辅以研讨式、讲座式教学方式：启发式为主，辅以研讨式、讲座式 充分利用网络教学平台充分利用网络教学平台 一、绪论一、绪论许正平许正平二、概论二、概论1 1、分子细胞生物学前沿进展与技术、分子细胞生物学前沿进展与技术生物大分子相互作用生物大分子相互作用许正平许正平/邵吉民邵吉民 蛋白质修饰蛋白质修饰许正平许正平/邵吉民邵吉民 表观遗传学表观遗传学许正平许正

22、平/邵吉民邵吉民 非编码非编码RNARNA许正平许正平/邵吉民邵吉民 结构生物学结构生物学叶叶 升升 X X组学组学柯越海柯越海疾病模型与模式构建疾病模型与模式构建 柯越海柯越海/周天华周天华 2 2、转化医学、转化医学祁祁 鸣鸣/包爱民包爱民 疾病的生物标志物疾病的生物标志物疾病诊断疾病诊断疾病治疗疾病治疗疾病预防疾病预防教学内容和教师安排教学内容和教师安排三、专论三、专论1 1、信号转导与疾病、信号转导与疾病吴希美吴希美/徐立红徐立红2 2、基因、遗传与疾病、基因、遗传与疾病张丹丹张丹丹/柯越海柯越海/祁鸣祁鸣3 3、蛋白质与疾病、蛋白质与疾病包爱民包爱民/李晓明李晓明4 4、发育生物学与

23、疾病、发育生物学与疾病吴希美吴希美/李晓明李晓明5 5、细胞器与疾病、细胞器与疾病刘伟刘伟/徐立红徐立红6 6、感染、免疫的分子机制与疾病、感染、免疫的分子机制与疾病 鲁林荣鲁林荣/汪洌汪洌7 7、干细胞及其医学应用、干细胞及其医学应用欧阳宏伟欧阳宏伟/柯越海柯越海教学内容和教师安排教学内容和教师安排 分子医学概论（周俊宜）分子医学概论（周俊宜）分子医学技能分子医学技能（周俊宜）（周俊宜）分子医学导论（宋后燕）分子医学导论（宋后燕）分子医学原理分子医学原理（美）詹姆森（美）詹姆森 著，邱曙东著，邱曙东 译译 分子医学入门教程分子医学入门教程 罗纳德罗纳德 特伦特著，谢东译特伦特著，谢东译 分子

24、医学原理分子医学原理 Jameson J.Larry MS Runge,C Patterson,VA McKusick,Principles of Molecular Medicine,2nd ed。分子医学领域教材分子医学领域教材 教材教材 文献文献教师提供的文献教师提供的文献PubMedINTERNET对分子医学课程学习建议对分子医学课程学习建议p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly,And You Will Know Everything.The More You Know,The More Powerful You Will Be写在最后感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings结束语讲师：XXXXXX XX年XX月XX日