1、1,第九章 药物蛋白质组学,第一节 蛋白质组学概述 蛋白质组学（Proteomics） 蛋白质组学的分类 蛋白质组与转录组的关系 主要研究技术,第二节 在药学中的应用 药物蛋白质组学概述 在新药研究中的应用 在ADR研究中的应用 在中药研究中的应用 展望,2,蛋白质组学（Proteomics）,蛋白质组(Proteome) 指由一个基因组，或一个细胞、组织表达的所有蛋白质(Protein)。 蛋白质组包含时间、空间的概念，随着组织、甚至环境状态的不同而改变。 蛋白质的种类和数量在同一机体的不同细胞中是各不相同的。 同一细胞，在不同时期和条件下，蛋白质组也是不断改变的。 在病理或治疗过程中，细胞
2、蛋白质的组成及其变化与正常生理过程的也不同。,3,蛋白质组学（Proteomics）,蛋白质组学(proteomics) 是指研究蛋白质组的一门新兴科学。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。 主要研究内容 蛋白质结构及其转录后修饰的微特征鉴定； 局部蛋白质组或比较蛋白质组学； 蛋白质之间的相互作用。,4,蛋白质组学的分类,表达蛋白质组学（expression proteomics） 是研究差异样品间蛋白质表达量的变化。 结构蛋白质组学（structural proteomics） 又称细胞图谱蛋
3、白质组学，针对某一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，确定它们在细胞质中的定位，了解蛋白质之间的相互关系。 功能蛋白质组学(functional proteomics) 是指对蛋白质间、蛋白质与DNA/RNA 间的相互作用及蛋白质翻译后修饰的研究。以细胞内与某个功能有关或某种条件下的一群蛋白质为主要研究内容， 由此建立细胞内外信号传递的复杂网络。,5,蛋白质组与转录组的关系,转录组研究的是mRNA总和。 蛋白质组研究的是特定时间和空间组织、细胞或机体的所有蛋白质。 前者指导后者，但并不绝对，因为翻译有调控和后续修饰、跨膜转动作用。,6,主要研究技术,概述 在基因组研究中所普遍采
4、用的PCR技术来对DNA/RNA扩增，痕量蛋白无法进行扩增。 蛋白质组也没有一种测序技术与基因组研究中起关键作用的自动化的DNA测序技术相媲美。 Chip等技术的发展使我们对基因的研究可以高通量，而对蛋白质组的研究离高通量还有很大差距。 主要研究技术 双向凝胶电泳（Two-dimensional Electrophoresis, 2-DE） 生物质谱（mass spectrometry, MS） 蛋白质芯片（Protein Chips） 酵母双杂交（Yeast Two Hybridization）,7,8,第一向：等电聚焦,9,charge,size,Proteins migrate thro
5、ugh the gel at a rate proportional to their size. Smallest proteins travel the furthest distance,第二向：SDS-PAGE电泳,10,2-DE实验结果,对照组,实验组,11,差异蛋白点分析,图22 差异蛋白点4215号数据统计及2-DE图谱中的展示 Fig.22 Statistical Analysis and Exibition of protein spots 4215 in 2-DE local map,12,生物质谱与蛋白质鉴定,质谱（Mass Spectrometry, MS） 在高真空系
6、统中测定样品的分子离子及碎片离子质量， 以确定样品相对分子质量及分子结构的方法， 即样品分子离子化后，根据不同离子间质核比（m/z） 的差异来分离并确定分子量。 基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS ） 基质附助激光解吸电离离子源（MALDI）的原理是用激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量传递给生物分子，而电离过程中将质子转移到生物分子或从生物分子得到质子，而使生物分子电离的过程。因此它是一种软电离技术，适用于混合物及生物大分子的测定。 飞行时间质量分析器（TOF）的原理是离子在电场作用下加速飞过飞行管道，根据到达检测器的飞行时间不同而被检测即测定离子
7、的质荷比（m/z）与离子的飞行时间成正比，检测离子。 电喷雾离子化质谱（ESI-MS） 在喷射过程中利用电场完成多肽样品的离子化，根据其质荷比差异进行分离，并确定分子质量。 肽质量指纹谱（Peptide Mass Fingerprinting, PMF） 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。 由于每种蛋白的氨基酸序列（一级结构）都不同，当蛋白被水解后，产生的肽片段序列也各不相同，因此其肽质量指纹图也具有特征性。,13,生物质谱与蛋白质鉴定,肽指纹图谱,IRPFLDQFSAK,A,B1,说明：A显示ApoAI的肽指纹图谱，其中匹配的肽段已标注肽段质量。B1-B4显示Ap
8、oAI其中一个肽段的串级肽序列图谱，匹配序列以不同颜色显示。C显示ApoAI的氨基酸序列，其中匹配的序列以下划线标出。,VMEQLSNIR,B2,NLAPYSDELR,B3,LREDMAPYYK,B4,14,蛋白质芯片（Protein Chips）,概念： 一种高通量，微型化和自动化的蛋白功能分析技术。 用于蛋白质表达谱分析，研究蛋白质与蛋白质，酶与底物，蛋白质与其他小分子的相互作用。,15,蛋白质芯片（Protein Chips）,优点： 直接用粗生物样品（血清、尿、体液）进行分析 同时快速发现多个生物标记物 小量样品 高通量 发现低丰度蛋白质 测定疏水蛋白质 在同一系统中集发现和检测为一体
9、，特异性高，减少测定蛋白质序列的工作量。 蛋白质芯片还面临着诸多挑战，未来的发展重点集中在以下几个方面： 建立快速、廉价、高通量的蛋白质表达和纯化方法，高通量制备抗体并定义每种抗体的亲和特异性。 改进基质材料的表面处理技术以减少蛋白质的非特异性结合。 提高芯片制作的点阵速度；保持芯片表面蛋白质的稳定性及生物活性。 研究通用的高灵敏度、高分辨率检测方法，实现成像与数据分析一体化。,16,酵母双杂交（Yeast Two Hybridization）,一种根据真核细胞转录调控特点建立的分析蛋白质相互作用的技术。 真核细胞起始基因转录需要有反式转录激活因子的参与。 反式转录激活因子的组成 DNA结合结
10、构域（DNA binding domain, BD） 转录激活结构域（Activation domain, AD） BD和AD分别具有各自的功能，但单独存在不能激活转录。 酵母双杂交系统是在真核模式生物酵母中进行的，研究活细胞内蛋白质相互作用，具有很高灵敏度的研究蛋白质之间关系的技术。对蛋白质之间微弱的、瞬间的作用通过报告基因的表达产物检测得到。,17,生物信息学（Bioinformatics）,生物信息学是通过综合利用生物学，计算机科学和信息技术等研究生物信息的采集，处理，存储，传播，分析和解释等各方面的一门学科，揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘。 蛋白质组研究相关的数据库 表9-
11、1,18,药物蛋白质组学及其应用,概念： 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，用于药物研究或药物受体的研究或药物治疗前后蛋白质表达状况的总体，以评价药物类似物的结构与活性关系，寻找高活性的药物，由此发展起来的一门学科称之为药物蛋白组学（Pharmacoproteomics）。 应用 在新药研究中的应用 在ADR研究中的应用 在中药研究中的应用,19,正常对照样品,疾病模型样品,药物处理样品,蛋白质样品制备,双向电泳,质谱分析,数据库检索、匹配及蛋白质鉴定,实验结果应用,药理药学研究,药物不良反应研究,中药研究,药物筛选模型构建,药物
12、靶点发现及验证,药物作用机制研究,药物毒理机制研究,耐药机制研究,20,构建分子药理筛选模型,整体动物模型 组织、器官水平模型 分子水平模型,21,药物靶点的发现、验证和优化,药物靶点的发现 以疾病特异性蛋白为药物靶点 以生物标记分子为药物靶点 以酶分子为药物靶点 以信号转导分子为药物靶点 药物靶点的验证 在寻找到新的药物靶点后，必须对新发现的靶点进行验证。 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，是否为治疗的最佳位点的研究，也是药物发现中的重要环节之一。 一种优质可用的药物应该能特异高效的与靶点结合，且安全无毒。,22,药物作用机制与毒理机制的研究,药物作用机制的研究 研究
13、不同药物具有相同药物作用机制 揭示药物作用机制，清晰药物作用靶点 为药物作用机制研究提供有价值的依据 药物毒理机制的研究 毒理蛋白组学 药物毒理机制的研究 肝毒性机制研究 肾毒性机制研究 致癌性的预测 耐药机制研究 细菌耐药机制的研究 肿瘤耐药机制的研究,23,药物蛋白质组学在其他方面的应用,蛋白质组学在药物不良反应研究中的应用 蛋白质组学在中药研究中的应用 中药有效成分作用靶点的识别 中药药理作用的研究 濒危中药材细胞培养工程及相关替代研究,24,蛋白质组学研究的展望,通过蛋白质组学表达差异分析，寻找疾病发生过程中的标志性蛋白，或新的药物靶标蛋白。 揭示生命活动规律，为重大疾病的发病机制、诊断、防治方面提供研究基础。 加速新药研发的过程。 蛋白质组学仍处于不断进步和完善的发展阶段。 呈现多学科交叉、自动化、多维化、信息化的发展趋势。,25,思考题,转录组学、蛋白质组学和基因组学有何区别和联系？ 转录组学的主要研究方法，及其之间的区别？ 蛋白质组学的主要研究方法。 转录组学和蛋白质组学是如何应用到药学中的？ 请举例说明。,
