1、1,第八章 药物转录组学,第一节 转录组学概述 转录组（Transcriptome） 转录组与基因组的关系 转录组学（Transcriptomics） 概念 研究方法 意义,第二节 在药学中的应用 药靶候选基因的鉴定 反义药物与siRNA药物 在药用植物中的应用 在代谢工程领域的应用,2,转录组学概述,中心法则,遗传信息的传递顺序,3,转录组学概述,中心法则的扩充 克里克在那篇1970年的文章中指出，中心法则虽然对指导实验很有用，但不应该被当成教条。 “虽然本文所提出的各类法则看来是可靠的，可是我们对分子生物学的认识，即使只是一个细胞更不用说大自然里的整个生命体仍然远远未完备到，足以让我们把它
2、当成教条一样肯定正确的程度。”克里克 逆转录 在中心法则被详细阐述之后，人们发现了逆转录病毒（Retrovirus），如HIV 。 逆转录酶的催化以RNA为模板逆转录合成cDNA再由cDNA转录出RNA。 最初以为这种现象仅出现于病毒中，后来在高等动物中也发现了RNA向DNA转录的逆转录转座子。 RNA复制 如烟草花叶病毒，以RNA为模板的RNA复制酶催化下合成RNA分子。 直接以DNA为模板合成蛋白质 有研究表明，细胞核内DNA可以直接转移到细胞质中的核糖体上，不需要通过RNA也可以控制蛋白质的合成。 DNA也具有酶活性 1994年乔依斯等人发现一个人工合成的DNA分子具有一种特殊的磷酸二酯
3、酶活性。此后又有多例报道人工合成的DNA序列具有各种不同的酶活性。 1995年中国学者王身立等人发现从多种生物中提取的DNA均具有酯酶活性，能催化乙酸萘酯水解为萘酚和乙酸。这种较弱的酯酶活性是非特异性DNA的一般性质，并不需要特定序列的DNA编码。,4,转录组学概述,中心法则的扩充 翻译后修饰 蛋白质的翻译后修饰会附上其他的生物化学官能团、改变氨基酸的化学性质，或是造成结构的改变来扩阔蛋白质的功能。 比如磷酸化，是控制蛋白质活动机制的一部份。 蛋白质的内含子 蛋白质有自剪接现象，与mRNA相同，一些蛋白质前体具有内含子序列，多肽序列中间的某些区域被加工切除，剩余部分的蛋白质外显子重新连接为蛋白
4、质分子。 DNA甲基化 DNA甲基化为DNA化学修饰的一种形式，能在不改变DNA序列前提下，改变遗传表现。 DNA甲基化使甲基添加到DNA分子上，例如在胞嘧啶环的5碳上：这种5方向的DNA甲基化方式见于所有脊椎动物。 蛋白质可作为合成DNA的模板 蛋白质可以作为一种合成DNA的模板。 比如一种叫Rev1 DNA聚合酶的蛋白质，它可以为DNA复制提供编码信息。细胞利用这种崭新的机制在含有致癌物质的情况下对受损的DNA进行复制。 朊病毒（Prion） 朊病毒是通过改变其他蛋白质的构象来进行自身精确复制的一类蛋白质。也就是：蛋白质蛋白质。这种具有感染性的因子主要由蛋白质组成。 具有感染性的因子Prp
5、SC与正常因子PrPC在形状上有一点不同。这种变形的蛋白质会引起正常的PrPC转变成具有感染性的蛋白质，这种连锁反应使得正常的蛋白质和致病的蛋白质因子都成为新病毒。,5,转录组学概述,转录组（Transcriptome） 广义是指某一生理条件下某个物种或者特定细胞类型产生的所有RNA的集合，包括信使RNA、核糖体RNA、转运RNA及非编码RNA。 狭义上指所有mRNA的集合。以DNA为模板合成RNA的转录过程是基因表达的第一步，也是基因表达调控的关键环节。所谓基因表达，是指基因携带的遗传信息转变为可辨别的表型的整个过程。,6,转录组学概述,转录组与基因组的关系 基因组 基因表达 转录组 概念
6、时间和空间的限定 高度动态 转录组数据,7,转录组学（Transcriptomics）,概念 转录组学是一门在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转录调控规律的学科。 简而言之，转录组学是从RNA水平研究基因表达的情况。 存在的问题 仅限于转录水平 其他层面对转录层面的限制,8,转录组学（Transcriptomics）,研究方法 基因芯片技术（Gene Chip） 基因表达系列分析（Serial Analysis of Gene Expression, SAGE） 大规模平行信号测序系统（Massively Parallel Signature Sequencing, MPSS） RNA测序
7、技术（RNA Sequencing, RNA-seq）,9,转录组学（Transcriptomics）,Gene Chip 又称 DNA 芯片，指将大量探针分子固定于支持物上后与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。 原理 分类 按载体上点的DNA种类分类 按用途分类 步骤：4个主要步骤 应用,10,转录组学（Transcriptomics）,SAGE SAGE是通过快速和详细分析成千上万个EST（express sequenced tags）来寻找出表达丰富度不同的SAGE标签序列，从而比较完整地获得基因组的表达信息。 EST（Expre
8、ssed Sequence tags，表达序列标签 ）是从已建好的cDNA库中随机抽取克隆，从5末端或3末端对插入的cDNA片段进行一轮单向自动测序，所获得的约60-500bp的一段cDNA序列。 SAGE能够快速、全范围提取生物体基因表达信息，对已知基因和为知基因的表达情况进行定量分析。 原理 步骤：3个主要阶段 应用,11,转录组学（Transcriptomics）,MPSS MPSS是以基因测序为基础的新技术。 利用限制性内切酶和荧光检测知识，发展出的一种辨认和测定细胞每一个cDNA克隆片段末端16-20 bp序列的方法，从而查明细胞内所有基因的表达情况。 原理 步骤 优势 与DNA微阵
9、列技术相比 与SAGE技术相比 与其他技术相比 应用,12,转录组学（Transcriptomics）,13,转录组学（Transcriptomics）,RNA-seq 用新一代高通量测序技术把mRNA, smallRNA和非编码RNA等的序列测出来，反映出它们的表达水平。 优势 RNA-seq与SAGE、MPSS的应用区别,14,转录组学（Transcriptomics）,15,转录组学（Transcriptomics）,转录组学的意义 功能基因组学的重要分支 连接基因组结构和功能的桥梁和纽带 基因调控研究的主要基础和层面,16,转录组学在药学中的应用,药靶候选基因的鉴定 药物靶标是指体内具
10、有药效功能并能被药物作用的生物大分子，如某些蛋白质和核酸等生物大分子。那些编码靶标蛋白的基因也被称为靶标基因。事先确定靶向特定疾病有关的靶标分子是现代新药开发的基础。 通过转录组学的分析，发现与疾病相关的差异表达的基因，是发现药物靶标的重要途径之一。 优点 不足之处,17,转录组学在药学中的应用,反义药物 反义技术（antisense technology）是通过碱基互补原理，干扰基因的解旋、复制、转录、mRNA的剪接加工乃至输出和翻译等各个环节，从而调节细胞的生长、分化等。 根据结合部位的不同分为反义DNA、反义RNA、自催化性核酶。 根据反义RNA的作用机制可将其分为3类： 类反义RNA直
11、接作用于靶mRNA的SD序列和(或)部分编码区，直接抑制翻译，或与靶mRNA结合形成双链RNA，从而易被RNA酶降解； 类反义RNA与mRNA的非编码区结合，引起mRNA构象变化，抑制翻译； 类反义RNA则直接抑制靶mRNA的转录。,18,转录组学在药学中的应用,反义药物 利用反义技术研制的药物即为反义药物。 与传统药物的性质和作用对象明显不同，表现为: 新的化学物质-核酸； 新的药物受体-mRNA，DNA； 新的受体结合方式-碱基互补原理； 新的药物受体结合后反应，如介导的靶RNA的降解。 与传统药物相比具有以下优点： 特异性较强。一个15聚体的反义寡核苷酸含有30-45氢键，而低分子的传统
12、药物与靶点一般只形成1-4个键； 信息量较大。遗传信息从DNA-RNA-蛋白质，用互补寡核苷酸阻断某种蛋白的合成是很准确的； 反义药物以核酸为靶点，与蛋白质作为靶点比较，更易合理设计新药物。 比传统药物更具选择性及效率，副作用可能更少。,19,转录组学在药学中的应用,siRNA药物 小干扰RNA（Small interfering RNA, siRNA）是一个长21到25个核苷酸的双股RNA，可以阻断异常蛋白的产生。 与微小核糖核酸（microRNA, miRNA）的主要区别 作用机制 RNA干扰（RNA interference, RNAi）,20,转录组学在药学中的应用,其他方面的应用 在药用植物中的应用 在代谢工程领域的应用,
