（分子生物学）第七章-药物基因组学课件.pptx

1、大家好大家好12核酸分子中储存遗传信息的基本单位。核酸分子中储存遗传信息的基本单位。细胞或生物体中，一套完整的单倍体遗传物质的总和。细胞或生物体中，一套完整的单倍体遗传物质的总和。3HGPHGP（H Human uman G Genome enome P Projectroject）456（一）概念（一）概念药物基因组学（药物基因组学（pharmacogenomicspharmacogenomics）是研）是研究遗传变异与药物反应相互关系的一门学究遗传变异与药物反应相互关系的一门学科，以提高药物的疗效与安全性为目标科，以提高药物的疗效与安全性为目标第一节概述第一节概述7药物代谢遗传因素的决定性

2、药物代谢遗传因素的决定性8 药物不良反应（药物不良反应（ADRADR）：在正常治疗药物用量和正常用）：在正常治疗药物用量和正常用法下出现的有害的、与用药目的无关的反应。法下出现的有害的、与用药目的无关的反应。（二）药物效应的个体多样性（二）药物效应的个体多样性9个体差异（个体差异（individual variabilityindividual variability）指不同个）指不同个体对同一药物同一剂量的反应存在量与质的体对同一药物同一剂量的反应存在量与质的差别差别（二）药物效应的个体多样性（二）药物效应的个体多样性1011遗传因素遗传因素非遗传因素非遗传因素12 药物基因组学关注个体和群

3、体之间的药物基因组学关注个体和群体之间的遗传多态性，其研究重点在于阐明个遗传多态性，其研究重点在于阐明个体对药物不同反应的遗传学基础，实体对药物不同反应的遗传学基础，实现个体化医疗。现个体化医疗。13N-乙酰转移酶乙酰转移酶2（芳香胺（芳香胺N-乙酰转移酶乙酰转移酶）N-acetyltransferase 2(arylamine N-acetyltransferase)14151617二、单核苷酸多态性二、单核苷酸多态性18二、单核苷酸多态性二、单核苷酸多态性（一）单核苷酸多态性（一）单核苷酸多态性 （single single nucleotide polymorphism,nucleoti

4、de polymorphism,SNPSNP），也叫单碱基多态性，是指不），也叫单碱基多态性，是指不同个体基因组同个体基因组DNADNA序列上单碱基的序列上单碱基的差异。差异。包括单碱基的转换，颠换，插入包括单碱基的转换，颠换，插入，缺失等形式，缺失等形式19p等位位点（等位位点（alleleallele）：同）：同一位置上的每个碱基类型一位置上的每个碱基类型p一个人所拥有的一对等位一个人所拥有的一对等位位点的类型被称为基因型位点的类型被称为基因型（genotypegenotype）p鉴定一个人的基因型，被鉴定一个人的基因型，被称为基因分型称为基因分型（genotypinggenotyping

5、）202122检测检测SNPSNP的技术的技术PCR-RFLPPCR-RFLP（限制性片段长度多态性法）（限制性片段长度多态性法）AS-PCR AS-PCR（等位基因特异性（等位基因特异性PCRPCR）TaqManTaqMan探针方法探针方法基因芯片（基因芯片（GenechipsGenechips）质谱芯片（质谱芯片（MassArrayMassArray）23应用应用1.1.确定基因多态性和疾病的关系确定基因多态性和疾病的关系2.2.解释个体间的表型差异对疾病的易感程度解释个体间的表型差异对疾病的易感程度3.3.对未来疾病做出诊断对未来疾病做出诊断4.4.研究不同基因型个体对药物反应的差异，研

6、究不同基因型个体对药物反应的差异，指导药物开发及临床合理用药指导药物开发及临床合理用药5.5.个体间个体间SNPSNP千差万别，通过千差万别，通过SNPSNP检测等技检测等技术进行法医鉴定及个体识别术进行法医鉴定及个体识别24三、国际人类基因组单体型图计划三、国际人类基因组单体型图计划（HapMapHapMap计划）计划）目标是以目标是以SNPSNP为标志，构建为标志，构建人类人类DNADNA序列序列中多肽位点的中多肽位点的常见模式，即常见模式，即单体型图单体型图（HapMapHapMap），以），以及特异识别这及特异识别这些单体型的标些单体型的标签签SNPSNP25单体型单体型（haplot

7、ypehaplotype）：是指位于染色体上倾）：是指位于染色体上倾向于整体遗传的一组紧密连锁的遗传标记向于整体遗传的一组紧密连锁的遗传标记物。物。一个染色体区域可以有很多一个染色体区域可以有很多SNPSNP位点，但在位点，但在每一单体型中总有几个每一单体型中总有几个SNPSNP对于检测这一单对于检测这一单体型是必需的，这种体型是必需的，这种SNPSNP被称为被称为标签标签SNPSNP（haplotype tag SNP,htSNPhaplotype tag SNP,htSNP）26一般情况下，只用少数几个标签一般情况下，只用少数几个标签SNPSNP，就能够提供，就能够提供某一条染色体片段内大

8、多数的单体型。某一条染色体片段内大多数的单体型。在人类染在人类染色体的很色体的很多区域中多区域中，单体型，单体型的分布，的分布，并不是均并不是均匀的匀的27HapMapHapMap计划计划 是由多个国家（加拿大、中国、日本、是由多个国家（加拿大、中国、日本、尼日利亚、英国和美国）联合进行的项目。这一尼日利亚、英国和美国）联合进行的项目。这一计划的计划的目的目的在于建立一个免费向公众开放关于人在于建立一个免费向公众开放关于人类疾病（及疾病对药物反应）相关基因的数据库类疾病（及疾病对药物反应）相关基因的数据库。利用。利用HapMapHapMap数据库，研究人员通过比较不同个数据库，研究人员通过比较

9、不同个体的基因组序列来确定染色体上共有的变异区域体的基因组序列来确定染色体上共有的变异区域。有助于发现与人类健康、疾病以及对药物和环。有助于发现与人类健康、疾病以及对药物和环境因子的个体反应差异相关的基因。境因子的个体反应差异相关的基因。28一方面描述了个体差异位点的分布；一方面描述了个体差异位点的分布；另一方面构建了以人群中遗传差异的传递模式另一方面构建了以人群中遗传差异的传递模式为主要内容的图谱，使研究人员可以根据这一为主要内容的图谱，使研究人员可以根据这一巨大的遗传图谱和所揭示的人类群体的分子遗巨大的遗传图谱和所揭示的人类群体的分子遗传机制，为发现药物应答个体差异和复杂性疾传机制，为发现

10、药物应答个体差异和复杂性疾病相关易感基因确定研究方案和选择需要进行病相关易感基因确定研究方案和选择需要进行分析的分析的htSNPhtSNP。29四、药物基因组学的研究方法四、药物基因组学的研究方法筛选和鉴定与疾病或药物应答表型相关的遗传标记物筛选和鉴定与疾病或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。是药物基因组学研究的核心内容。候选基因分析候选基因分析全基因组关联分析全基因组关联分析关联分析关联分析：通过比较和分析病例与对照个体遗传标记出现的：通过比较和分析病例与对照个体遗传标记出现的频率确定关联度。频率确定关联度。30第二节第二节 药物基因组学与个体化医疗实践药物基因组学与

11、个体化医疗实践31一、遗传变异与药物应答一、遗传变异与药物应答（一）基因多态性与药物代谢（一）基因多态性与药物代谢321.1.细胞色素细胞色素P450P450细胞色素细胞色素P450P450（cytochromeP450cytochromeP450或或CYP450,CYP450,简称简称CYP450CYP450）为一类亚铁血红素）为一类亚铁血红素硫醇盐蛋白的超家硫醇盐蛋白的超家族，它参与内源性物质和包括药物、环境化合物族，它参与内源性物质和包括药物、环境化合物在内的外源性物质的代谢。在内的外源性物质的代谢。33P450P450酶的命名酶的命名 酶蛋白中所含血红素与一氧化碳结合后于可见光酶蛋白中

12、所含血红素与一氧化碳结合后于可见光450nm450nm处有最大吸收峰而命名处有最大吸收峰而命名细胞色素细胞色素P450P450氧化酶，简称氧化酶，简称P450P450酶酶Cytochrome P450,CYP450Cytochrome P450,CYP45034P450P450酶分类酶分类根据氨基酸序列相似程度进行分类根据氨基酸序列相似程度进行分类族族 （相似程度（相似程度40%40%），族用阿拉伯数字，如），族用阿拉伯数字，如CYP1CYP1、CYP2CYP2等；等；亚族（相似程度亚族（相似程度55%55%），亚族用大写英文字母，如），亚族用大写英文字母，如CYP1ACYP1A，CYP2DC

13、YP2D等；等；同一亚家族的各种单酶，用阿拉伯数字加以区分，如同一亚家族的各种单酶，用阿拉伯数字加以区分，如CYP1A2CYP1A2、CYP2D6CYP2D6等等35CYP450CYP450的功能的功能 是自然界最具催化作用的广谱生物催化剂是自然界最具催化作用的广谱生物催化剂 催化内源物质（如甾类化合物，脂肪酸，激素等）的代谢和催化内源物质（如甾类化合物，脂肪酸，激素等）的代谢和合成合成 催化外源性物质（如药物，农药，抗氧化剂，增味剂，溶剂，催化外源性物质（如药物，农药，抗氧化剂，增味剂，溶剂，染料，麻醉剂，石油产品等）的代谢，起到解毒与活化的作染料，麻醉剂，石油产品等）的代谢，起到解毒与活化

14、的作用用（结果对机体可能有益，也可能有害）（结果对机体可能有益，也可能有害）36CYP450CYP450的功能与药物的关系的功能与药物的关系37 属于属于1-41-4族，大约族，大约5-105-10种种-CYP1A2,CYP1A2,-CYP2B6,CYP2C9/10,CYP2B6,CYP2C9/10,CYP2C19 CYP2C19,CYP2D6CYP2D6,CYP2E1,CYP2E1-CYP3A3CYP3A3，CYP3A4CYP3A4-CYP4V2CYP4V238CYP450CYP450的个体和种族差异的个体和种族差异 许多药物采用同一剂量个体间的血液许多药物采用同一剂量个体间的血液浓度可以相

15、差很大，浓度可以相差很大，如去甲替林同一如去甲替林同一剂量血药浓度可相差剂量血药浓度可相差3030倍，而倍，而CYP450CYP450活性的差异是决定其差异的主要原因活性的差异是决定其差异的主要原因39 有些有些CYP450CYP450（如（如CYP2D6CYP2D6和和CYP2C19CYP2C19）的活性存在二态）的活性存在二态性分布，即遗传多态性性分布，即遗传多态性 酶活性表型（酶活性表型（phenotypephenotype）-超快速代谢型（超快速代谢型（ultrarapid metabolizer,UMultrarapid metabolizer,UM）-快速代谢型（快速代谢型（ext

16、ensive metabolizer,EMextensive metabolizer,EM）-慢代谢型（慢代谢型（poor metabolizer,PMpoor metabolizer,PM）酶的基因型（酶的基因型（genotypegenotype）PMPM的代谢缺陷属于常染色体隐性遗传的代谢缺陷属于常染色体隐性遗传CYP450CYP450的个体和种族差异的个体和种族差异4041CYP450的个体和种族差异4243 CYP2D6CYP2D6和和CYP2C19CYP2C19的遗传多态性在地理上呈的遗传多态性在地理上呈现相反分布现相反分布-CYP2D6CYP2D6慢代谢型在白种人中占慢代谢型在白种

17、人中占5%-10%5%-10%，在黄，在黄种人中占种人中占1%-2%1%-2%-CYP2C19CYP2C19慢代谢型在白种人中占慢代谢型在白种人中占3%-5%3%-5%，在黄，在黄种人中占种人中占15%-20%15%-20%442 2、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（UGTsUGTs）主要分布在肝脏中的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸主要分布在肝脏中的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（转移酶（UGTsUGTs）是进行）是进行相生物转化最重要相生物转化最重要的一种酶。的一种酶。是一种位于内质网膜上的糖蛋白，能催化一是一种位于内质网膜上的糖蛋白，能催化一系列内源性和外源性亲脂糖苷配基底物（

18、如系列内源性和外源性亲脂糖苷配基底物（如胆红素，甾体激素，药物和杀虫剂等）反应。胆红素，甾体激素，药物和杀虫剂等）反应。45UGTs的分布的分布a.a.主要存在于主要存在于肝肝，但也有一些同工酶在，但也有一些同工酶在肾肾脏、胃、小肠、结肠脏、胃、小肠、结肠等组织中也有表达。等组织中也有表达。b.b.根据氨基酸序列的同源性，可将根据氨基酸序列的同源性，可将UGTUGT分为分为2 2大家族：大家族：UGT1UGT1和和UGT2UGT24647UGT1A*28相关的伊立替康疗效相关的伊立替康疗效484950（二）基因多态性与药物效应靶分子二）基因多态性与药物效应靶分子 药物需要与机体中的靶分子结合才

19、能引发药物效应：药物需要与机体中的靶分子结合才能引发药物效应：如受体、信号分子、细胞因子等如受体、信号分子、细胞因子等 大多数受体本质为蛋白质，而蛋白质是相应基因的表大多数受体本质为蛋白质，而蛋白质是相应基因的表达产物。达产物。受体的结构基因或调节基因在序列上成遗传多态性。受体的结构基因或调节基因在序列上成遗传多态性。EGFR为酪氨酸激酶受体家族成员之一。为酪氨酸激酶受体家族成员之一。5152（2）RTK的活化的活化1、结合配体后，受体形成二聚体、结合配体后，受体形成二聚体或寡聚体；或寡聚体；2、受体膜内部分发生构象变化；、受体膜内部分发生构象变化；3、酪氨酸残基发生自体磷酸化；、酪氨酸残基发生自体磷酸化；4、形成、形成SH2结合位点的空间结构结合位点的空间结构，与具有，与具有SH2结构域的下一级信结构域的下一级信号分子结合；号分子结合；5、信号逐级传递；、信号逐级传递；53（二）基因多态性与药物效应靶分子二）基因多态性与药物效应靶分子545556