蛋白质组学医学院研究生概论.ppt

1、蛋白质组学概论,1,组学,研究某种生物研究对象种类个体的系统集合，例如Genomics（基因组学）是构成生物体所有基因的组合，这门学科就是研究这些基因以及这些基因间的关系。 随着科学研究的进展，人们发现单纯研究某一方向无法解释全部生物医学问题，科学家就提出从整体的角度出发去研究人类组织细胞结构，基因，蛋白及其分子间相互的作用，通过整体分析反映人体组织器官功能和代谢的状态，为探索人类疾病的发病机制提供新的思路。 人体是一个开放的、有序而相对混沌的、多因素的、非线性的、通过复杂网络相互作用的矛盾综合体，必须要用组学来进行研究。,蛋白质组是澳大利亚学者Williams和Wilkins于1994年首先

2、提出，源于蛋白质（protein）与基因组（genome）两个词的杂合,意指proteins expressed by a genome，即“一个细胞或一个组织基因组所表达的全部蛋白质”。,一、蛋白质组学的概念,3,二、蛋白质组学产生的背景- 从基因组学到蛋白质组学,4,5,基因组学,研究生物基因组和如何利用基因的一门学问。该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用，试图解决生物，医学，和工业领域的重大问题。 基因组学能为一些疾病提供新的诊断，治疗方法。例如，对刚诊断为乳腺癌的女性，一个名为“Oncotype DX”的基因组测试，能用来评估病人乳腺癌复发的个体危险率以及化疗效果，这有助于医生获得

3、更多的治疗信息并进行个性化医疗。基因组学还被用于食品与农业部门。 基因组学的主要工具和方法包括： 生物信息学，遗传分析，基因表达测量和基因功能鉴定。,基因组计划,基因组测序，截止到2009年已经有3800多种生物的基因组被测定。,7,基因组计划,嗜热古菌,大肠杆菌,8,海绵基因组草图 结果显示其中包含约.万个基因。海绵亿多年前就出现在地球上，是已知最古老的多细胞动物，研究人员也在其基因组中找到了一些帮助单细胞动物进化为多细胞动物的关键基因，如指导细胞互相粘在一起的基因，以及使多个细胞能协调一致生长的基因。 虽然海绵结构简单，没有神经和肌肉等组织，研究人员还是在其基因组中发现了与高等动物体内指导

4、神经与肌肉活动基因相似的基因。研究人员认为，海绵基因组的复杂程度说明进化成海绵的上一级动物比以前认为的更复杂，这将改变人们对多细胞动物起源的传统看法。,基因组计划,9,血吸虫基因组,首次发现的与血吸虫感染宿主密切相关的弹力蛋白酶(Elastase)。有趣的是，血吸虫与具有同等大小基因组的非寄生生物比较，虽然基因数量相似，但功能基因的组成却有较大差别。一方面它丢失了很多与营养代谢相关的基因，如脂肪酸、氨基酸、胆固醇和性激素合成基因等，这些营养物质必须从哺乳动物宿主获得；另一方面，扩充了许多有利于蛋白消化的酶类基因家族的成员。这一变化充分体现了血吸虫适应寄生生活，与宿主协同进化的重要特性。 血吸虫

5、像其他多细胞生物一样，具有与发育密切相关的多条重要分子信号途径；血吸虫有原始的中枢神经系统和较为完善的外周感觉神经系统，能接受周围环境发出的声、光、机械振动等信号。血吸虫虽然不像高级哺乳动物那样有下丘脑等神经内分泌器官，但是它有类似功能的细胞，编码一些与生长、发育和成熟相关的内分泌激素受体，除接受本身合成的内分泌激素外，还接受宿主的激素作用，甚至形成依赖宿主内分泌激素的寄生状态。,10,基因组计划,11,基因组计划,12,基因组计划,13,基因组计划,大熊猫不喜欢吃肉主要是因为一个基因T1R1“失活”了，无法感觉到肉的鲜味，但大熊猫本身没有能够消化竹子纤维的基因，消化竹子纤维则主要靠胃肠道细菌

6、群。 经过二倍体测序，证明大熊猫基因组仍然具备很高的杂合率，从而推断具有较高的遗传多态性，不会濒于灭绝！,14,人类基因组计划,1990年，人类基因组计划在美国正式启动。 1991年，美国建立第一批基因组研究中心。 1993年，桑格研究中心在英国剑桥附近成立。 1997年，法国国家基因组测序中心成立。 1998年，中国在北京和上海设立国家基因组中心。 1999年，中国获准加入人类基因组计划，承担1%的测序任务，成为参与这一计划的惟一发展中国家。 2000年6月26日，中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布首次绘成人类基因组“工作框架图”。 2001年2月12日，六国科学家联合在学术期刊上发表人

7、类基因组“工作框架图”及初步分析结果。 2001年8月26日，人类基因组“中国卷”的绘制工作宣告完成。 2003年4月14日，中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现。 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，并公布了该染色体基因草图。 单倍体测序！,15,人类与黑猩猩的基因对比研究,人类基因组有7个区域可能经历了25万年来的“选择性清洗”，也就是突变基因具有明显竞争优势。经过数百代繁殖后，突变种变成了种群里的优势种，相应的突变基因也变成了正常基因。人类基因组中经过“选择性清洗”的，就包括与

8、语言相关的基因。 研究人员发现，黑猩猩的Y染色体中有5个基因已经退化，而人类Y染色体中则没有这种现象。培格因此表示：“如果说在过去的600万年中，人类Y染色体有基因遗失的话，这种遗失程度也是很小的。我认为，我们可以自信地驳斥Y染色体末日理论。人类Y染色体在今后的600万年里都不会消失。”,16,人类基因组与尼安德特人的比较,The observation that the Neandertal genome appears as closely related to the genome of a Chinese and a Papua New Guinean individual as to

9、 the genome of a French individual is particularly surprising as there is, to date, no fossil evidence that Neandertals existed in East Asia or Papua New Guinea. Green et al. thus suggest that gene flow between Neandertals and modern humans occurred prior to the divergence of European and Asian popu

10、lations. Based on comparative genomic data, as well as a mathematical model of gene flow, the authors further estimate that between 1 and 4% of the genomes of people in Eurasia may be derived from Neandertals.,17,18,藏人与汉人的基因组比较,测定了50个藏族人的外显子组。发现了适应高海拔环境的一些候选关键基因。其中最强的自然选择的信号来自一个叫做内皮Per-Arnt-Sim结构域蛋白

11、1（endothelial Per-Arnt-Sim (PAS) domain protein 1，EPAS1）的基因。该基因是一个转录因子，与缺氧反应有关。EPAS1的SNP显示藏族人与汉族人样本有78%的不同。这是迄今为止在人类基因中发生的最快的等位基因频率的变化。该SNP与血红蛋白含量的联系证明EPAS1的功能是适应缺氧环境。因此，通过群体基因组的研究，发现了一个基因与适应高原环境有关。,19,双倍体测序 （diploidgenomesequence）,20,双倍体（diploid）测序,21,HAPMAP计划(国际人类基因组单体型图计划 ),单体型：位于一条染色体特定区域的一组相互关联

12、，并倾向于以整体遗传给后代的单核苷酸多态的组合,又称单倍体型或单元型。 项目共取样270个正常个体，其中欧洲30个三联家系，亚洲45个中国人，45个日本人，非洲30个三联家系。一期计划于2005年完成，共成功分型100多万个多态性位点，也称单核苷酸多态性（SNP）位点，全基因组平均3kb一个SNP位点。 HapMap的构建分为三个步骤：（a）在多个个体的DNA样品中鉴定单核苷酸多态性（SNPs）；（b）将群体中频率大于1%的那些共同遗传的相邻SNPs组合成单体型；（c）在单体型中找出用于识别这些单体型的标签SNPs，确定每个个体拥有哪一个单体型。 高密度的SNP位点，为全基因组相关性分析（Ge

13、nome Wide Association Studies GWAS）提供了可能，以往遗传学上定位基因的使用较多的工具是微卫星，这一套新产生的SNP位点弥补了微卫星在基因组上分布不够均匀，以及密度不够高的缺点，SNP联合微卫星将使目的基因的精细定位更加可行。,22,23,全基因组关联研究,全基因组关联分析（Genome-wide association study）是指在人类全基因组范围内找出存在的序列变异，即单核苷酸多态性（SNP），从中筛选出与疾病相关的SNPs。,25,单基因遗传性状可以用基因连锁分析进行研究,26,但对于复杂疾病与遗传性状，连锁分析的作用非常有限,27,研究对象选择,进

14、行 GWAS时 ,选择的表型定义要准确和精确 应尽可能选择那些可定量反映疾病危险程度的指标、可用于分析疾病临床亚型的特征 ,或可用于诊断和鉴别诊断疾病的表型特征。,缺血性脑卒中可能涉及血栓脱落或者脑动脉粥样硬化等不同的发病机制,但 在人群中却常常同时出现而难以区分,28,遗传标记的选择,SNP 基于单倍型图谱( HapMap) 可以选择 五十万 到 一百万个覆盖全基因组的SNPs用于GWAS。 CNV 基因组拷贝数变异 ( copy number variations, CNV )是指与参考序列相比 ,基因组中 1 kb 的 DNA 片段插入 、缺失和 /或扩增 ,及其互相组合衍生的复杂染色体

15、结构变异。,29,研究方法,30,研究方法,对两组共计5074名帕金森氏症患者和8551名健康人的DNA样本进行了调查，两组研究均证实，SNCA基因和MAPT基因发生突变与帕金森氏症有关。 将上述结果与针对日本帕金森氏症患者开展的另一个基因组相关性研究进行了比较。结果显示，在对日本患者开展的研究中，SNCA基因突变同样是帕金森氏症的一个主要风险。不同的是，后一项研究并未发现MAPT基因与日本人患帕金森氏症的相关性，这说明帕金森氏症这种复杂疾病的诱因可能存在人种差异。,NatureGenetics：全基因组关联研究发现帕金森氏症易感基因,31,全基因组关联分析 费力不讨好？,据CMBI报道这一计

16、划自2005年实施以来，已经陆续报导和公布了视网膜黄斑、乳腺癌、前列腺癌、白血病、冠心病、肥胖症、糖尿病、精神分裂症、风湿性关节炎等几十种疾病全基因组关联研究的结果。累计发表了近万篇论文(9900篇)。确定了一系列疾病发病的致病基因、相关基因、易感区域和单核苷酸多态性(SNP)的变异，取得了很大成绩。 成果并不理想，与人们期望差距甚远。疾病的发病，早期预测，个体化的治疗并非像全基因组的分析那样简单。现在发现这种全基因组分析是高出低收，结果似是而非，有许多分析是无意义和不可靠的，甚至是不科学的。所获得的结果，庞杂无序，大多数的基因变异与疾病并不关联。在已实施的100余项GWAS和几千例患者样本的

17、分析结果发现，许多基因变异都是罕见的基因变异而不是关键基因，有一些变异仅仅与疾病危险因子、诱发因子、影响因子有关，而不是疾病直接相关联的基因。 NEJM(09.4.15)和Nature(09.5.12)对全基因组关联分析进行了评论，认为全基因组关联研究不能急功近利，更不能过度炒作，夸大其辞，而应该回归理性，实事求是地进行更长远的科学分析和研究。,国际千人基因组计划,中国深圳华大基因研究院、英国桑格研究所、美国国立人类基因组研究所等共同发起并主导。 Work has begun on the full-scale effort to build a public database contain

18、ing information from the genomes of 2,500 people from 27 populations around the world. “We are eager to make rapid progress on the full set of 2,500 genomes and to provide the resulting data for use by the disease genetic community. I fully expect that these data will more precisely define genetic r

19、isk factors already discovered, and lead to the discovery of many new risk factors for disease.”,33,药物基因组学与个体化用药,药物在部分人中无效和疗效差,恶性肿瘤 老年滞呆 粪尿失禁 丙型肝炎 骨质疏松症 偏头痛（慢性） 风湿性关节炎 偏头痛（急性） 糖尿病 哮喘 心律失常 精神病 抑郁症（SSRI） 镇痛（Cox2）,有效率（%）,80 70 60 50 40 30 20 10 0,Data from Felix W. Frueh, Office of Clinical Pharmacolog

20、y CDER/FDA，32nd International Meeting Louisville, KY May 22, 2006,受试者人数,血浆浓度,A 种族 药物无效率增高,B 种族 药物毒性率增加,治疗窗,种族间差异,种族内差异,药物反应有种族内和种族间差异,药物代谢遗传因素的决定性,基因,环境,H,G,F,E,D,C,B,A,D: 双香豆素,C: 阿司匹林,B: 安替比林,A: 保泰松,H: 二苯妥因,F: 水杨酸钠,E:异戊巴比妥,亲脂性药物,生物转化,亲水性代谢产物,药物重吸收,药物重吸收,肝脏,药物代谢,G: 锂盐,排泄,年龄 老年人 儿童 新生儿,性别,身高/体重,并发症,病

21、程,药物个体差异的影响因素,脏器功能 肝, 肾, 心,环境因素 饮食 / 吸烟/ 合并用药,药物反应个体差异,基因多态性,药物基因组学的概念,药物基因组学（pharmacogenomics）是研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间关系，即基因本身及其突变体与药物效应相互关系的一门科学。 是一门研究影响药物吸收、转运、代谢、清除、效应等个体差异的基因特性即决定药物行为和 敏感性的全部基因的新学科。 阐明药物代谢、药物转运和药物靶分子的基因多态性与药物效应及不良反应之间的关系，并在此基础上研制新的药物或新的用药方法。,个体对药物的反应在分子水平存在差异（“个体差异”） 药物基因组学是基因功能学与

22、分子药理学的有机结合。 药物基因组学是以药物效应及安全性为标，研究各种基因变异与药效及安全性的关系。,药物基因组学的概念,药物相关基因,药物从进人体内到发挥作用直至被清除，是一个较为复杂的过程。 任何一个环节出现问题都可能引起药物效应的各种异常。 药物作用的差异可以是药物动力学或药效学差异。,1）药物代谢相关的酶 2）药物结合相关的受体 3）药物转运相关的膜通道 4）信号传导相关的蛋白质等的编码基因,药物相关的基因大致可分为四类,CYP2C9*2,No enzymatic activity,430CT (Arg144Cys),Cys,单核苷酸多态性 （SNP）,导致人类遗传易感性的重要因素 导

23、致人类药物代谢和反应差异的重要因素,GT突变,野生型 突变型,药物基因组的研究方法,筛选及鉴定与疾病或者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。 研究方法包括： 候选基因分析 全基因组关联分析,候选基因分析,是一种基于假设的研究方法。先假设某药物药代动力学或者药效动力学相关基因变异与药物效应或毒性应答相关。 通过各种线索把某个或者某些与药物代谢、转运及信号通路中的基因为候选基因。将候选基因内的序列作为遗传标记物，分析它们与药物应答或者疾病表型之间的联系。,全基因组关联分析（GWAS）,伴随着国际单体型计划的实现而发展的方法，在全基因组范围内寻找与药物应答及疾病表型之间关系。

24、在不同地区甚至是全球范围内进行大行动联合研究，整合各方面的力量进行大规模的病例收集、大规模的SNP分析，进行整个基因组的关联分析研究。,GWAS分析SNP谱分层对药物治疗的反应人群,标准治疗无效,乳腺癌患者,个体的SNP谱分类,SNP 谱 A,SNP 谱 B,SNP 谱 D,SNP 谱 E,SNP 谱 C,标准治疗有效,药物基因组学与个体化治疗,通过药物基因组学研究，可以了解遗传突变在药物应答中所起作用。 基因多态性与药物代谢 基因多态性与药物转运 基因多态性与药物靶分子,药物作用受药物代谢、转运、靶点多态性控制,药代动力学,药效动力学,药物疗效和毒性的个体差异,基因组,基因变异 (单核苷酸多

25、态性),药物靶点,药物转运体,药物代谢酶,药物基因组学与个体化医疗,一些药物基因组学基础研究阐明了某些基因多态性与药物应答之列的关系。因此，在此基础上可以对病人进行基因检测及基因分型，在临床上对个体化合理性用药进行指导。,EGFR信号通路和恶性肿瘤靶向药物治疗,N U C L E U S,Raf,MEKK,ERK,sek,MAPK,jnk/sapk,C-myc,C-jun,PI3K,Akt,intermediates,Apoptosis,P,P,Rho-B,Ki-67,Extracellular,Intracellular,Ras,Y,EGFR,TKI （吉非替尼，厄洛替尼）,mAb (Cet

26、uximab，西妥昔单抗，爱必妥 ),凋亡,增殖,增殖,K-ras,带有K-ras 突变的结肠癌患者对西妥昔单抗的疗效降低,K-ras变异和恶性肿瘤的抗-EGFR 治疗,12, 13外显子(96%) and 61 12外显子 35GA(甘天门冬）为主,G,CTGATGCCG,EGFR,TK,G,细胞膜,K-ras的功能突变不受上游信号控制,K-ras发生率及药物疗效,Licar A, Intl J Oncology, 2010;36:1137,转移性结肠直肠癌 273例 检测K-ras基因：12，13密码子7个常见突变 野生型： 54.5% 突变型： 45.5% （Gly12Asp最多： 38

27、.5%） 西妥昔单抗（Cetuximab）治疗有效者的野生型为85.7% 有效者中也有突变型；无效者中也有野生型,个体化用药能够提高结肠癌的药物疗效,Langreth, R. (2008), Imclones Gene Test Battle, F, 16May,K-ras基因型 检测,不用西妥昔治疗,用西妥昔治疗,西妥昔治疗,治疗成功,个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用 - 美国,治疗有效者平均每人节省60%费用 40%疗效不好的病人避免罕见副作用 有效率没有改变，为 25%,Langreth, R. (2008), Imclones Gene Test Battle, F, 16 May,进

28、行Kras检测,不进行 Kras检测,$22.800,$38.000,$97.022,$156.554,是否进行Kras检测实行爱必妥个体化治疗费用 的比较,$0,$50,000,$100,000,$150,000,$200,000,平均治疗费用/人,平均治疗费用/有效病人,个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用 我国,西妥昔临床用法： 每周注射一次。 初始量第一周400mg/m2，随后每周250mg/m2。按中国人平均体表面积计算，第一次用7瓶（100毫克/瓶） ，以后每次用4瓶。 4400元/瓶。首次量：44007=30800元；其后每次：44004=17600元。 西妥昔停用指针为肿瘤进展（药

29、物治疗无效，病情恶化）。西妥昔治疗患者肿瘤无进展中位时间为16周，也即注射16次，合计费用为294800元。 K-ras基因突变患者可平均节约30万元。,Han et al. J Clin Oncology 23(11),2006,Mutation,Wilt-type,Mutation,Wilt-type,EGFR主要功能突变: 19号外显子：Glu746-Ala750 缺失 21号外显子：Leu858Arg,携带EGFR突变的非小细胞肺癌患者对吉非替尼(gefitinib,TKI) 疗效更好,19-21外显子突变纯合子,19-21外显子突变杂合子,19-21外显子野生纯合子,用 TKI (g

30、efitinib)治疗,用 TKI (gefitinib)治疗,不用 TKI (gefitinib)治疗,ECFR 检测,根据非小细胞肺癌患者EGFR基因型应用吉非替尼(gefitinib,TKI),售价：550元/片。每天口服药物费用550元，每月费用16500元。 基因检测EGFR无突变患者可节省1-6个月的药费：16500元至99000元。,个体化用药降低非小细胞肺癌治疗费用,尘螨基因组测序,60,过敏性疾病被世界卫生组织（WHO）认为21世纪重点防治的三大疾病之一，世界各国变态反应疾病的总发病率约为20%-30%，此类疾病包括过敏性哮喘、过敏性鼻炎、过敏性皮炎等，是临床上的常见病、多发

31、病。,过敏性结膜炎 （眼科）,哮喘 （呼吸内科、儿科） 仅小儿哮喘患者达千万,过敏性鼻炎 （耳鼻咽喉科）,荨麻疹和异位性皮炎 （皮肤科、儿科）,过敏性胃肠炎 （消化内科）,尘螨与过敏性疾病,61,过敏原免疫治疗(脱敏治疗)是目前唯一对因治疗的方法。,在众多变应原中，一般分为两大类：即吸入性变应原和食入性变应原，而吸入性变应原中尘螨是最主要的变应原，约占过敏性疾病患者阳性率的70-80%。,62,粉尘螨（Dermatophagoides farinae）,现已构建cDNA 文库，并已发现20多个尘螨过敏原。但由于没有全基因组序列，目前未能获得过敏原结构基因的序列，无法全面了解过敏原基因的结构、功

32、能和调控等重要信息。,63,本项目的意义：,1、尘螨基因组全序列分析研究从根本上阐明尘螨过敏原基因结构与功能及其致病机制的研究； 2、为螨性过敏性疾病的诊断和治疗（粉尘螨基因工程重组疫苗研制）及预防奠定基础； 3、作为一种节肢动物（占生物界物种的75-80%），进化上意义重大；研究其内含子、转录因子、调控序列、重复序列等信息具有重要的生物学意义。,64,研究内容,粉尘螨基因组全测序； 粉尘螨转录组全序列测定； 粉尘螨 micro-RNA测定； 粉尘螨染色体核型分析（过敏原基因的定位） ； 重要功能基因元件与人类关键蛋白的受体、配件的相关研究 粉尘螨基因工程新型重组疫苗和诊断试剂的研制及其疫苗免

33、疫治疗作用机理的研究。,65,新一代测序技术加快基因组研究,1015分钟内完成一个人的完整基因测序。 1000美元/人。,66,基因组研究的意义,基因组序列图在分子层面上提供了一份生命“说明书”，不仅奠定了人类认识生命的基石，推动了生命与医学科学的革命性进展，为全人类的健康带来了福音。 阐明生命的进化、生长、发育、分化等生理过程的基础。 了解疾病的发生、发展的规律及致病病原体的致病机理。 预测疾病的发生及诊断和治疗。 促进药物基础研究，针对性地开发治疗药物。 促进农业生物技术、海洋生物技术、能源与环境生物技术 的发展。,67,功能基因组学,Functional genomics 确定基因组所有

34、基因及其产物的生物学功能的科学。,68,功能基因组的主要研究方法,基因表达谱与表型变化 通过动物模型研究人类基因功能 蛋白质相互作用研究基因的功能 定点突变研究基因的功能,69,基因表达谱与表型变化,基因表达差异 蛋白质表达差异,70,基因表达差异,基因表达系列分析法（serial analysis of gene expression, SAGE） 单核苷酸多态性 基因芯片,71,基因表达系列分析法（SAGE）,72,蛋白质表达差异,双向电泳 多维蛋白质层析技术,73,通过动物模型研究人类基因功能,转基因动物 基因敲除,74,基因敲除,RNA干扰 基因敲除,75,76,77,Down but

35、 not out! 由RNAi结果总结的结论应该客观。 目的蛋白的生物学功能特点 组成型？ 诱导型？ 高表达？ 低表达？ 转录调节为主？转录后调节？,78,基因敲除,79,酵母的基因敲除,Functional characterization of the S. cerevisiae genome by gene deletion and parallel analysis. Winzeler, et al. Science, 1999.,80,Distribution of functional classes of essential (inner circle) and nonessen

36、tial (outer circle) ORFs.,81,小鼠的基因敲除,82,83,84,蛋白质相互作用研究基因的功能,酵母双杂交技术 表面展示技术 免疫共沉淀技术 蛋白质亲和沉淀技术 免疫磁珠技术,85,酵母双杂交技术,86,定点突变研究基因的功能,87,定点突变,88,新型基因敲除技术,锌指核酸酶(zinc finger nuclease, ZFN) Talen CRISPR,基因组学的局限,1、研究基因组不能了解生命执行者-蛋白质的生理生化功能。 贮存 结构 免疫 酶 运输 信号 运动,90,基因组学的局限,2、mRNA的量与蛋白质表达量并不对应。,91,基因组学的局限,3、可变剪切时

37、蛋白质组学的复杂性远远高于基因组。 基因重排、RNA编辑、可变剪切等机制使得蛋白质数量超过基因的数量。,92,基因重排,。,93,抗体类别转换,94,前体的剪切,95,可变剪切,96,不同的剪切,97,98,RNA编辑,99,基因组学的局限,4、蛋白质翻译后修饰或者加工使得数量有限的编码基因产生数量巨大的蛋白质。 1）磷酸化 与信号传导、神经活动、肌肉收缩及细胞的增殖、发育和分化有关。 2）糖基化 糖基化的异常与疾病发生有关。 3）甲基化 组蛋白的甲基化对细胞分化、发育、基因表达、基因组稳定性等有关。甲基化异常与疾病有关。 4）乙酰化 组蛋白乙酰化与去乙酰化与基因转录有关。 5）泛素化 泛素化

38、使蛋白质降解，与细胞分化与凋亡等生理过程有关。,100,101,Intein（可以剪切的蛋白质）,102,103,Cyclic peptide,104,基因组学的局限,5.基因组学不能解释蛋白质的时间和空间的动态变化。 1)个体发育的不同阶段或者细胞的不同活动时期，细胞内产生蛋白质可能不同，寿命可能也不一样。 2）蛋白质在细胞的不同部位时功能可能不同。 “立体细胞生物学”。 3）在细胞增殖、分化、衰老和凋亡中，蛋白质不仅具有表达时间、表达量的差异，而且还具有对外界化境刺激（生理信号、病理信号及外界物理、化学因素等）产生反应的能力。 A butterfly and a caterpillar h

39、ave the same genome but different proteomes.,105,基因组学的局限,6.基因组学不能解释蛋白质的相互作用网络。 1）蛋白质需要与其他蛋白质形成复合体来执行功能。同时可能形成不同的蛋白复合体，执行不同的功能。 2）蛋白质的相互作用、相互协调是细胞进行一切代谢活动的基础。,106,基因组学的局限,7.基因组学不能解释蛋白质的代谢过程。,107,基因组学的局限,8.基因组学解释不了蛋白质的结构与功能。,108,基因组学的局限,9.基因组学方法技术要求实现不了蛋白质研究的技术要求。 第一个蛋白质序列的测定：胰岛素，1951年； 第一个核酸测序:酵母的tRN

40、A，1966年。 为什么蛋白质研究落后于基因的研究？,109,基因组学的局限,10. 基因组学方法寻找级联放大的上游开关分子存在难度。,110,基因组学的局限,11. 基因组学方法不能对一些特定的生物样本进行分析。,111,12.在寻找靶标时力不从心。 蛋白质是各种代谢及调控途径的最主要的执行者，因此是许多致病因子对机体作用最重要的靶分子，是大多数药物的靶标乃至直接的药物（全世界制药业大部分新药的药靶是蛋白质，如受体、酶等）。,基因组学的局限,112,对蛋白质的数量、结构、性质、相互关系和生物学功能进行全面深入的研究已成为生命科学研究的迫切需要和重要任务。,113,三、蛋白质组学的产生与发展,

41、114,基因组时代 后基因组时代 研究重点的转移及其标志 功能基因组学的主要任务,115,第一篇蛋白质组学文章,Progress with gene-product mapping of the Mollicutes: Mycoplasma genitalium. A protein map of the smallest known self-replicating organism, Mycoplasma genitalium (Class: Mollicutes), revealed a high proportion of acidic proteins. Amino acid com

42、position was used to putatively identify, or provide unique parameters, for 50 gene products separated by two-dimensional gel electrophoresis. A further 19 proteins were subjected to peptide-mass fingerprinting using matrix-assisted laser desorption ionisation-time of flight (MALDI-TOF) mass spectro

43、metry and 4 were subjected to N-terminal Edman degradation. Electrophoresis. 1995;16(7):1090-4.,116,对应于基因组的所有蛋白质构成的整体，不是局限于一个或几个蛋白质。 同一基因组在不同细胞、不同组织中的表达情况各不相同 。 在空间和时间上动态变化着的整体。,蛋白质组,117,蛋白质组学(proteomics),指应用各种技术手段来研究蛋白质组的一门新兴科学，其目的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。,118,主要研究内容,了解某种特定的细胞、组织或器官制造的蛋白质种类；,明确各种蛋白质分子是如何形成作用网络的；,描绘蛋白质的精确三维结构，揭示其结构上的关键部位，如与药物结合并且决定其活性的部位。,119,进 展,各国政府支持，国际著名研究和商业机构加盟： 1996年澳大利亚建立了世界上第一个蛋白质组研究中心（Australia Proteome Analysis Facility，APAF）,120,美国国立癌症研究院（NCI）投资1 000万美元建立肺、直肠、乳腺、卵巢肿瘤的蛋白