第九章：药物蛋白质组学

1、药学分子生物学药学分子生物学张张 徐徐江苏大学江苏大学 医学院医学院 分子生物学及检验教研室分子生物学及检验教研室第二篇第二篇 药学分子生物学应用药学分子生物学应用一、转录组与转录组学一、转录组与转录组学二、转录组学在药学中的应用二、转录组学在药学中的应用第八章第八章 药物转录组学药物转录组学 (pharmacotranscriptomics)转录组（转录组（transcriptome） 广义：指在某一生理条件下、一种细胞、组织广义：指在某一生理条件下、一种细胞、组织、器官或生物体所能转录出来的、器官或生物体所能转录出来的所有所有RNA的的总总和，包括和，包括mRNA和非编码和非编码RNA。狭

2、义：指所有狭义：指所有mRNA的集合。的集合。转录组学（转录组学（transcriptomics）在整体水平研究细胞中基因转录情况及其调控在整体水平研究细胞中基因转录情况及其调控规律的学科。规律的学科。研究方法：研究方法：基因芯片技术、基因芯片技术、SAGE （基因表达系列分析）、基因表达系列分析）、MPSS（大规模平行信号测序系统）、（大规模平行信号测序系统）、 RNA测序测序一、药靶候选基因的鉴定一、药靶候选基因的鉴定第二节第二节 转录组学在药学中的应用转录组学在药学中的应用二、反义药物和二、反义药物和siRNA药物药物包括：反义包括：反义DNA、 反义反义RNA、 核酶核酶 反义药物：反

3、义药物：通过与靶通过与靶DNA 或或 mRNA 互补互补杂交，阻止或抑制靶基因表达，发挥治疗杂交，阻止或抑制靶基因表达，发挥治疗作用的药物。作用的药物。反义药物反义药物特点特点: 新的化学物质（新的化学物质（核酸核酸）；）； 新的药物受体（新的药物受体（DNA或或mRNA）；）； 新的结合方式（新的结合方式（碱基配碱基配对对 ）；新的结合后反应（）；新的结合后反应（降解靶降解靶RNA）。）。第一个反义药物：第一个反义药物：福米韦生福米韦生 (fomivirsen) 1998年，美国年，美国FDA批准，由批准，由21个硫代脱氧核苷酸个硫代脱氧核苷酸组成。通过抑制人类巨细胞病毒（组成。通过抑制人类

4、巨细胞病毒（CMV）mRNA发挥抗病毒作用。发挥抗病毒作用。siRNA药物药物 根据根据RNA干扰原理设计出来的小干扰干扰原理设计出来的小干扰RNA，通过诱导同源通过诱导同源mRNA降解，有效阻断基因表达，降解，有效阻断基因表达，起到治疗疾病效果。起到治疗疾病效果。 VEGF可促进可促进湿性老年性黄斑变性湿性老年性黄斑变性（wet-AMD）眼中新血管的生长，使血液渗漏进人眼）眼中新血管的生长，使血液渗漏进人眼内，从而导致视力丧失。内，从而导致视力丧失。 OPKO公司开发出公司开发出Bevasiranib（siRNA药物）药物），抑制抑制VEGF表达表达，治疗治疗AMD。基因失活性治疗基因失活性

5、治疗第二篇 药学分子生物学应用 第九章第九章 药物蛋白质组学药物蛋白质组学(Phamacoproteomics)一、概述（概念、分类、主要技术）一、概述（概念、分类、主要技术）二、药物蛋白质组学及应用二、药物蛋白质组学及应用一、蛋白质组学一、蛋白质组学(proteomics)蛋白质蛋白质组组 (Proteome)： 一种细胞、某一特一种细胞、某一特定组织或个体所表达的定组织或个体所表达的全部蛋白质。全部蛋白质。 蛋白质组学蛋白质组学 (Proteomics)：从整体水平研究蛋白质从整体水平研究蛋白质组成组成、表达水平、翻译后修饰、表达水平、翻译后修饰、相互作用的学科。相互作用的学科。二、蛋白质

6、组学分类二、蛋白质组学分类 1. 表达蛋白质组学：表达蛋白质组学：比较比较正常样品正常样品与与病理样品病理样品、药物治疗、药物治疗前前后后样品的蛋白样品的蛋白质表达或修饰差异。质表达或修饰差异。2. 结构蛋白质组学：结构蛋白质组学：分析蛋白质或复分析蛋白质或复合体结构、定位合体结构、定位3. 功能蛋白质组学：功能蛋白质组学：研究蛋白质功能研究蛋白质功能基因组基因组-转录组转录组-蛋白质组蛋白质组DNA(Genome)RNA(Transcriptome)Proteins(Proteome)DNA sequencingWhole genomeMicroarray2D-PAGEMS/MS?四、蛋白质

7、组学主要研究技术四、蛋白质组学主要研究技术1、蛋白质分离、蛋白质分离双向凝胶电泳技术双向凝胶电泳技术2、蛋白质鉴定、蛋白质鉴定生物质谱生物质谱3、蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用蛋白质相互作用蛋白质芯片、酵母双杂交蛋白质芯片、酵母双杂交双向凝胶电泳技术双向凝胶电泳技术双向凝胶电泳技术双向凝胶电泳技术双向凝胶电泳技术双向凝胶电泳技术Sample (a)Sample (b)Sample (c)Present in (a) and (c) not (b)Present only in (a)Stronger in (b) than (a) or (c)双向凝胶电泳图像分析双向凝胶电泳图像分析荧光差异显

8、示双向电泳荧光差异显示双向电泳 (2D-DIGE)关关 键键 问问 题：题：如何鉴定双向电泳分离出来的蛋白质？如何鉴定双向电泳分离出来的蛋白质？质质 谱谱 分分 析析质谱：质谱：是将被测物用一定的方法是将被测物用一定的方法离子化离子化，然后，然后按产生的带电离子的按产生的带电离子的质荷比质荷比（质量（质量/电荷，电荷，m/z）进行）进行分离分离并并检测检测，最后根据各离子谱峰的强，最后根据各离子谱峰的强度度解析解析被测物的被测物的相对分子质量和结构相对分子质量和结构信息的一信息的一种分析技术。用于测量分析生物样本（蛋白质种分析技术。用于测量分析生物样本（蛋白质、核酸）称为、核酸）称为生物质谱生

9、物质谱。8 9 10 11 12 13 14 15 1612 units12 units质谱分析技术路线：质谱分析技术路线：样品样品离子源离子源 质量分析器质量分析器离子检测器离子检测器 固体固体 液体液体 蒸汽蒸汽形成带电离子形成带电离子电离电离质量分选质量分选根据根据m/z分选离子分选离子数据处理数据处理质谱质谱检测离子检测离子质谱分析的基本步骤质谱分析的基本步骤:1. 样品离子化样品离子化 2. 根据质荷比根据质荷比(m/z)不同分离离不同分离离子子3. 检测每种质量离子的数目检测每种质量离子的数目 4. 收集、处理数据得到质谱图收集、处理数据得到质谱图 离子源离子源基质辅助激光解析电离

10、基质辅助激光解析电离 (MALDI)质量分析器质量分析器飞行时间飞行时间 (TOF)MALDI-TOF MS（基质辅助激光解析电离（基质辅助激光解析电离-飞行时间质谱）飞行时间质谱）图图1. 一个典型的质谱图一个典型的质谱图（横坐标为质荷比，即相对分子质量，纵坐标（横坐标为质荷比，即相对分子质量，纵坐标为各个肽段的相对含量，每个峰的数字代表了这为各个肽段的相对含量，每个峰的数字代表了这个峰对应的肽段的质量）个峰对应的肽段的质量） 1234.5396 783.9147 375.2561肽质量指纹谱肽质量指纹谱（PMF）胰酶消化胰酶消化凝胶凝胶蛋白质蛋白质数据库数据库?123比较比较:是否相同是否

11、相同 ?质谱质谱3235.2256多肽多肽 已测得质已测得质 谱数据或理论谱数据或理论 质谱质谱 数据数据蛋蛋白白质质芯芯片片酵母双杂交酵母双杂交二、药物蛋白质组学及应用二、药物蛋白质组学及应用构建分子药理筛选模型构建分子药理筛选模型：分子细胞分子细胞、组织器官、组织器官、整体动物水平、整体动物水平药物靶点的发现、药物靶点的发现、 验证和优化验证和优化药物作用机制研究药物作用机制研究药物毒理机制研究药物毒理机制研究耐药机制研究耐药机制研究药物作用靶点药物作用靶点（drug target）：具有重要生理或病理功能，能够与药物分子相结合并产生药理作用的(生物大)分子及其特有的结构位点。Enzyme

12、s28%Receptors45%Nuclear receptors2%DNA2%Hormones & factors 11%Unknown7%Ion channels5%Proteins/peptides 95%Current number of drug targets 500新的药物作用靶点新的药物作用靶点Number of Drug Targets12,00006,0004,0002,00010,0008,000Approx. 5005,00010,000Cumulative Number of Targets Known TodayNew Targets Expected fr

13、om Human Genome Project药物作用靶点发现的方法药物作用靶点发现的方法考试题型考试题型1 1、名词解释：、名词解释：3 3分分/ /题，题，1010题题2 2、填空题：、填空题：1 1分分/ /空，空，2020空空3 3、论述题：、论述题：1010分分/ /题，题，3 3题题4 4、案例分析题：、案例分析题：2020分分/ /题，题，1 1题题基因、基因组、基因组学基因、基因组、基因组学病毒、原核生物、真核生物基因组特点病毒、原核生物、真核生物基因组特点重叠基因、操纵子、断裂基因、基因家重叠基因、操纵子、断裂基因、基因家族；顺式作用元件、反式作用因子、启族；顺式作用元件、反

14、式作用因子、启动子动子人类基因组计划人类基因组计划第一章第一章 基因与基因组基因与基因组第六章第六章 常用分子生物学技术常用分子生物学技术核酸分子杂交：核酸分子杂交：核酸探针核酸探针印迹杂交：印迹杂交：Southern blot、Northern blot、Western blot；原位杂交（荧光原位杂交（荧光原位杂交）；生物芯片（原位杂交）；生物芯片（基因芯片基因芯片、蛋白质芯片）蛋白质芯片）RNA干扰技术：干扰技术：siRNA、RNA干扰、干扰、 机制、应用机制、应用基因敲除技术：基因敲除技术：基因敲除基因敲除第六章第六章 常用分子生物学技术常用分子生物学技术聚合酶链式反应聚合酶链式反应

15、(PCR)(PCR)：PCRPCR原理、体系、步骤；原理、体系、步骤；RT-PCRRT-PCR、多重、多重PCRPCR、实时荧光定量、实时荧光定量PCRPCR；PCRPCR技术应用技术应用基因工程（基因工程（DNADNA重组、分子克隆）技术重组、分子克隆）技术分子克隆程序：分、切、连、转、筛、表分子克隆程序：分、切、连、转、筛、表目的基因获取途径目的基因获取途径载体（种类、特征）、质粒、多克隆位点载体（种类、特征）、质粒、多克隆位点、工具酶、感受态细胞、转化、转导、工具酶、感受态细胞、转化、转导阳性重组体筛选阳性重组体筛选基因工程生产重组药物一般流程基因工程生产重组药物一般流程第十章第十章 外源基因表达与基因工程药物外源基因表达与基因工程药物第七章第七章 药物基因组学药物基因组学定