分子生物学在医学中的应用

1、分 子 医 学 Molecular Medicine,许正平 zpxu 办公室：科研B217或综合楼513,定义 Definition,分子生物学：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 本质的科学。,定义 Definition,分子生物学：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 本质的科学。 分子医学：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 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；信号转导等分子细胞生物学事件在 生理和病理过程中

2、的作用，目的是从分子机制角度解释 疾病发生、发展等过程，并从中发展疾病风险预测、诊 断和治疗技术。,定义 Definition,Molecular 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 mole

3、cular interventions to correct them.,From Wikipedia, the free encyclopedia,NATURE|VOL 432|SUPP|18 NOVEMBER 2004|,一、分子生物学简介,分子生物学重点研究领域,蛋白质(包括酶)的结构和功能 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 生物调控的分子基础 蛋白质与蛋白质的相互作用 蛋白质和核酸的相互作用 核酸与核酸的相互作用 表观遗传机制（蛋白质/核酸的修饰）,分子生物学主要研究技术,分离、纯化（主要是生物大分子） 克隆、表达 PCR（多聚酶链式反应 ） 凝胶电泳：琼脂糖凝

4、胶电泳；SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳 （SDS-PAGE）；等电聚焦电泳；双向电泳 印迹技术：Southern blotting; Northern blotting; Western blotting 微阵列技术：基因；蛋白质；miRNA；调控元件 Gene-knockout/knock-in RNA interference (RNAi),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： X射线晶体学、核磁共振、电子显微学、原子力显微镜 以及X射线小角散射等。,分子生物学的里程碑,1953年发现DNA的双螺旋结构 1962年获诺贝尔生理及医学奖,Francis Harry Com

5、pton Crick 1916-2004,James Dewey Watson 1928-,Maurice Hugh Frederick Wilkins 1916-2004,DNA双螺旋结构的发现,分子生物学的里程碑,1967-1970年R.Yuan和H.O.Smith等发现限制性核酸内切酶 1985年Cetus公司Mullis等发明聚合酶链式反应（PCR） 1972年Berg等将SV-40病毒DNA与噬菌体P22DNA在体外 重组成功，获得了新的重组DNA分子，并成功转化大肠杆 菌，打破了种属界限。 1973年，Cohen和Boyer获得美国首个DNA重组技术专利,基因工程技术的建立,分子手

6、术刀：限制性内切酶 分子手术线：DNA连接酶,分子生物学的里程碑,人类基因组计划(human genome project, HGP),由美国科学家于1985年率先提出，于1990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。 规模：3x109碱基；30亿美元。 我国：1993年加入，承担1%的任务，即人类3号染色体短臂上 约30Mb的测序任务。 重要事件：2000年6月28日人类基因组工作草图完成 2003年4月14日, 人类基因组序列图绘制成功 2004年10月，人类基因组完成图公布 2005年3月，人类X染色体测序工作基本完成,分子生物学的里程碑,人类基因组计划(hum

7、an genome project, HGP),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 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 人类基因组单体型图（HapMap） 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 。,二、分子医学简介,分子医学的简史,1949年, Linus Pauling、Harvey Itano及其同事在Science发表论文“Sickle Cell Anemia, a Molecular Disease”，为分子医学的诞生奠定了基础。 19

8、56年，Roger J. Williams的Biochemical Individuality是一本先知性的分子水平关于疾病的遗传、预防和治疗的书，有个性化医学痕迹。 1956年Ingram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（GluVal）。 1976年，癌基因的发现开创了肿瘤治疗的新纪元。 1978年，美籍华裔科学家简悦威（Kan YM）第一次成功地对镰状细胞贫血进行了产前诊断，开创了基因诊断新时代。 1982年世界上第一个基因重组产品人胰岛素问世。 1990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,基因、遗传与疾病的关系 蛋白质与疾病的

9、关系 环境与健康的关系 疾病发生、发展的分子机制 。,分子医学重点研究领域,基因、遗传与疾病的关系 蛋白质与疾病的关系 环境与健康的关系 疾病发生、发展的分子机制 。,20世纪末、21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 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,疾病预测与预防 疾病相关基因 基因多态性 疾病诊断 生物标志物 疾病治疗 基因治疗、细胞治疗、器官移植、再生医学 药物发现及开发 靶向治疗技术：靶向药物 个体化治疗技术：个体化用药 生殖健康 产前诊断、植入前诊断 孕期检查 新生儿筛查,分子医学的面临的问题,遗传变异

10、与人的健康的关联程度到底有多大？ 器官再生的机制？ 能否选择性关闭免疫反应？ 有效的HIV疫苗是否可行？,Science创刊125周年时征集的最重要的25个科学问题（2005）,分子医学的困境,1994年发现了BRCA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。 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么？ 战争还是和平？和谐发展还是种族灭绝？仍然是未知数! 。,分

11、子医学的发展方向,/ 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 重塑临床研究以加快从机理发现向医学应用的转化过程 中国： 国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020） 健康中国2020 。,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： 8人口与健康 （47）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 （49）城乡社区常见多发病防治 （50）中医药传承与创新发展 （51）先进医疗设备与生物医用材料 重大专项： 转基因生物新品种培育 重大新药创制 艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治,国家

12、中长期科学和技术发展规划纲要,前沿技术： 1生物技术 （1）靶标发现技术 （2）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 （4）基于干细胞的人体组织工程技术 （5）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,基础研究： 2科学前沿问题 （1）生命过程的定量研究和系统整合 （7）脑科学与认知科学 3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 4重大科学研究计划 （1）蛋白质研究 （2）量子调控研究 （3）纳米研究 （4）发育与生殖研究 （5）干细胞研究,分子医学领域学术期刊,Molecular Medicine Journal of Cellu

13、lar and Molecular Medicine International Journal of Molecular Medicine Trends in Molecular Medicine Current Molecular Medicine Methods in Molecular Medicine ,二、分子医学课程简介,研究生核心课程 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 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 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知识 点/技术与医学的关系。

14、 师资：依托学部骨干教授；AB角制 授课方式：课堂教学+自学（网络、文献） 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,一、绪论 许正平 二、概论 1、分子细胞生物学前沿进展与技术 生物大分子相互作用 许正平/邵吉民 蛋白质修饰 许正平/邵吉民 表观遗传学 许正平/邵吉民 非编码RNA 许正平/邵吉民 结构生物学 叶 升 X组学 柯越海 疾病模型与模式构建 柯越海/周天华 2、转化医学 祁 鸣/包爱民 疾病的生物标志物 疾病诊断 疾病治疗 疾病预防,教学内容和教师安排,三、专论 1、信号转导与疾病 吴希美/徐立红 2、基因、遗传与疾病 张丹丹/柯越海/祁鸣 3、蛋白质与疾病 包爱民/李晓明 4、发育生物学与疾病 吴希美/李晓明 5、细胞器与疾病 刘伟/徐立红 6、感染、免疫的分子机制与疾病 鲁林荣/汪洌 7、干细胞及其医学应用 欧阳宏伟/柯越海,教学内容和教师安排,分子医学概论（周俊宜） 分子医学技能 （周俊宜） 分子医学导论（宋后燕）