蛋白質(zhì)異常與疾病

1、第二講 從基因組學到蛋白質(zhì)組學,日本九州大學博士，重慶醫(yī)科大學二級教授、博士生導師，華中科技大學兼職博導，國務院政府特殊津貼獲得者，省部級有突出貢獻的中青年專家，教育部首批“高等學校骨干教師計劃”項目獲得者，國家自然科學基金項目同行評審專家，中國細胞生物學會理事，中華醫(yī)學會醫(yī)學細胞生物學分會委員，重慶市生物化學與分子生物學會副理事長，重慶市首屆學術技術帶頭人，重慶市生物化學與分子生物學重點學科帶頭人，重慶市首批教授級科技咨詢專家,《Ge

2、ne》《Cancer Biol.Ther.》《Molecular and Cellular Endocrinology》《中國生物化學與分子生物學學報》《醫(yī)學分子生物學》等雜志審稿專家。,自我介紹,主要從事分子生物學、細胞生物學和遺傳學的教學與研究工作，主持和承擔國家自然科學基金及國家和省部級重點科研項目40余項，獲省部級一等獎二項、二等獎一項，三等獎一項，獲國家發(fā)明專利三項，先后在 Cancer Biol.Ther.、Food Che

3、mistry、Genes Cells、Gene、Mol.Cell Endocrinol.和《中國科學》等國內(nèi)外著名雜志發(fā)表論文150余篇，主編和參編教材、專著多部，已指導博士和碩士研究生40余名，現(xiàn)指導在讀博士后1名、博士8名(1名印度博士留學生)、碩士12名。,自我介紹,主要研究方向：1.腫瘤的細胞與分子生物學； 2.功能基因組學與蛋白質(zhì)組學； 3.基因工程藥物與基因治療。

4、聯(lián)系電話：023-68485958（O）電子信箱：fzsongcq@163.com,自我介紹,,教授的最高境界： 中國有句古話 授人以魚不如授人以漁 ！ —— 傳授給人既有知識，不如 傳授給人學習知識的方法。,生命科學的中心法則,,一條主線：遺傳信息的傳遞—信息流二個階段：遺傳信息的表達—轉錄和翻譯

5、三個層面：DNA RNA 蛋白質(zhì),人類目前面臨的現(xiàn)狀與形勢—— 一個沉重的話題,地球怎么了 ？,地震暴雨干旱泥石流,SARS禽流感豬鏈球菌甲流感超級細菌蜱蟲——布尼亞病毒,有史以來，人類就在為認識自身進行著不懈的努力。但真正有系統(tǒng)地“解碼生命”還是從1990年人類基因組計劃啟動后才開始。而把研究基因組、“解碼生命”的工作推向深入和推向高潮的還是在本世紀隨著“后基因組計劃”的啟動而拉開了序幕 ……,“ 從基因組學到

6、蛋白質(zhì)組學 ” ——跨越世紀的生命科學主旋律一、時間：跨越兩個世紀，甚至更長，更 久遠……二、學科：涉及面廣，學科交叉，需要多方 面的專門知識和專門人才的共同 參與，聯(lián)合攻關；,三、目標：解決生命的奧秘、生命的本質(zhì)：1.為什么生物的性狀能遺傳？ 2.人到底有多少個基因？ 3.為什么每一個細胞的基因都是一樣的，而在不同細胞的表現(xiàn)卻不相同？ 4.基因表達的時空

7、性？ 5. 疾病發(fā)生的機理？6.基因診斷與基因治療…… 為人類所面臨的急待解決的幾大難題—人口、食品、能源、資源、環(huán)境和健康等帶來了希望。,（1）1859年 C.Darwin 在《On the Origin of Species》這一名著中，提出了物種進化的自然選擇學說——達爾文進化論。,一、基因組學的歷史沿革,（一）1900年代以前 前遺傳學時代,生物的來源——進化 生物的性狀——遺傳 進化的動力——選擇,（2）1865

8、年G.Mendel 發(fā)表豌豆雜交實驗結果，提出了遺傳學的兩大遺傳規(guī)律——分離規(guī)律和獨立分配（自由組合）規(guī)律，并認為是生物體內(nèi)的遺傳因子或遺傳顆粒控制生物性狀。但他的結論直到1900年才被（De Vris、Tschermak、Correns）得到認可和重視,（被稱為孟德爾規(guī)律再發(fā)現(xiàn)或重新發(fā)現(xiàn)）。,P: 顯性×隱性 F1: 顯性 F2: 顯性 : 隱性 一對性狀 3 : 1兩對性狀 9

9、 ：3 ：3 ：1,,,1.分離規(guī)律的實質(zhì)： 決定一對性狀的一對基因位于一對染色體上，這對基因隨著染色體的分離而分離。2.獨立分配規(guī)律的實質(zhì)： 決定兩對形狀的兩對基因位于兩對染色體上，它們隨著染色體的分離而分離，隨著染色體的組合而組合，這種組合是隨機的自由組合。,（二）1900—1950年代 經(jīng)典遺傳學時代,（標志：1900年 孟德爾遺傳規(guī)律再發(fā)現(xiàn) 標志著遺傳學的誕生）,人們開始把控制生物遺

10、傳性狀的遺傳單位稱為基因(gene)。生命科學的研究基本上都是圍繞著基因來進行。,1839年 細胞學說的提出；,1869年 發(fā)現(xiàn)DNA；隨后，RNA也被發(fā)現(xiàn)；,1879年 染色體的發(fā)現(xiàn)，并認為染色體最可能是DNA 、 RNA和蛋白質(zhì)的一種；,1910年 發(fā)現(xiàn)了遺傳學的第三大遺傳規(guī)律——連鎖遺傳規(guī)律（決定兩對性狀的兩對基因位于同一對染色體上，就會發(fā)生連鎖遺傳現(xiàn)象） 證明基因的確存在于染色體上，并呈線狀排列。,

11、1902年 染色體學說的產(chǎn)生,合理解釋了Mendel的實驗結果;,1944年 證實了DNA是攜帶遺傳信息、構成染色體的生物大 分子；,肺炎雙球菌的轉化實驗(Griffith, 1928;Avery,1944),遺傳物質(zhì)是DNA,遺傳物質(zhì)是RNA,噬菌體侵染細菌實驗,遺傳物質(zhì)是DNA,煙草花葉病毒侵染實驗,首先是對基因結構的研究。,總之，自從人們認識到“基因決定生物性狀”，“基因的本質(zhì)就是核酸——主要是DNA”之后，

12、就從來沒有停止對基因的研究。,（三）1950—1990年代 分子遺傳學時代 （前基因組學時代）,（標志：Watson & Crick 的DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)[《Nature》1953.4.25]，標志著分子遺傳學時代的開始）,1953年，J. Watson F. Crick借助于幾個實驗室的研究成就，根據(jù)DNA的X射衍射圖譜，提出了DNA雙螺旋結構模型，用分子結構的特征解釋了生命現(xiàn)象的最

13、基本問題——基因復制的機制，從而真正開始從分子水平上研究生命活動。生物學研究也從此進入了分子生物學時代。,（由于他們的杰出貢獻， Watson、Crick以及Wilkins于1962年獲得了諾貝爾生理及醫(yī)學獎。） （實際上還有一位科學家(Franklin)在這個過程中做出了突出貢獻，但諾貝爾獎不頒獎給去世（已在幾年前死于癌癥，年僅37歲）的人，所以，他的名字不太為人知曉。）,James Dewey Watson（1928～）,Fran

14、cis Harry Compton Crick（1916～2004）,1953—1970年，隨著DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)和確定,帶來了分子生物學的迅猛發(fā)展，也就是分子生物學理論和技術體系逐步形成的時期。① mRNA、DNA聚合酶、RNA聚合酶的發(fā)現(xiàn)；②DNA半保留復制機理、操縱子學說等的提出；③遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)，其通用性的證明；④ 64個密碼子破譯；⑤中心法則：“DNA→RNA→蛋白質(zhì)”的建立,標志著分子生物學學科理論體系形成；⑥重組DN

15、A技術的建立，使得分子生物學的技術體系初步形成，或者說，生命科學進入了前基因組學時代。,上個世紀70年代以后,分子生物學飛速發(fā)展，理論體系和技術體系不斷完善。,1.逆轉錄酶的發(fā)現(xiàn)，修正和完善了中心法則：,DNA RNA 蛋白質(zhì),（20世紀80年代） 瘋牛病和人類克雅?。–reutsfeldt-disease,CJD）為代表的可傳染性海綿狀腦病(transmissible s

16、pongi-form encephalopathies,TSE)為一類致死性神經(jīng)系統(tǒng)疾病。其感染因子是一種與正常細胞膜蛋白（PrPC）一級結構完全相同，但高級結構、理化特性不同的PrPSc或prion蛋白（阮蛋白？）。目前的研究提示，這種不含有核酸的prion蛋白似乎具有自身復制的能力，也就是說這種蛋白本身就儲備了生命活動必需的遺傳信息。,這就提示我們，在自然界中可能還存在著一種全新的微小生命體—— 一種無核酸的微小生物體。從而改變?nèi)?/p>

17、類對整個生物界的認識。即蛋白質(zhì)不僅可體現(xiàn)生物學功能，而且可儲存遺傳信息。而核酸成分可能在prion復制過程中完全缺如，這將有力地挑戰(zhàn)目前的“生物中心法則”。PrP蛋白高級結構的改變不僅可造成蛋白質(zhì)功能的變化，在某種意義上還是遺傳信息傳遞的方式。,,1.逆轉錄酶的發(fā)現(xiàn)，修正和完善了中心法則：,2.工具酶的發(fā)現(xiàn)、重組DNA技術的建立、表 達外源基因成為可能；,DNA RNA

18、 蛋白質(zhì),3.“斷裂基因”的發(fā)現(xiàn),揭示了真核生物與原核 生物基因結構的差異；,4.DNA測序方法建立，讀取遺傳信息成為可能；,5.PCR技術建立，基因克隆和基因分析有了強 有力的手段；,6.基因表達與調(diào)控研究的不斷拓寬和深入；,7.轉基因技術的建立與轉基因動植物的成功；,8.人類疾病的基因診斷(1978年開創(chuàng))和基因治療 (1990年9月首例腺苷脫氨酶缺陷病患者接受基 因治療并獲得療效)；,……,盡

19、管人類很早就開始了對基因的研究，但真正有系統(tǒng)地研究基因組、解碼生命還是于1990年人類基因組計劃啟動后才開始的。,（四）1990—2000年代 基因組學時代 （標志：人類基因組計劃的實施標志著基因 組學時代的開始）,1.人類基因組計劃,人們回顧過去的20世紀一百年中所取得的輝煌成就時，認為最激動人心的偉大創(chuàng)舉之一就是和“曼哈頓原子彈計劃”、“阿波羅人類登月計劃”一起被譽為20世紀科學史上三個里程碑的“人類基因組

20、計劃”(human genome project,HGP)。,這項人類生命科學史上最偉大的工程第一次系統(tǒng)、全面地解讀和研究人類遺傳物質(zhì)DNA，它不僅具有重大的理論意義，而且對國計民生特別是生物醫(yī)學的發(fā)展更具有重大的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。,1985年5月，美國能源部提出“人類基因組計劃”草案；經(jīng)過一番討論后于1986年3月宣布實施這個草案；1986年3月7日，Dulbecco R 在Science上發(fā)表了一篇有關開展人類基因組計劃的短

21、文,引起了全世界的強烈反響,不僅推動了美國,也推動了全世界的人類基因組計劃的發(fā)展；,1988年2月，美國國家科學研究委員會的專家成立了“國家人類基因組研究中心”， 1990年10月1日美國國會正式批準的“人類基因組計劃”。計劃在15年內(nèi)投入30億美元以上的資金進行人類基因組的分析，即對人類3×109個核苷酸進行測序。,中國的HGP始于1994年，是在吳旻，強伯勤，陳竺，楊煥明等人的倡導下啟動的。1998年3月由陳竺院士掛帥成立

22、上海中心，10月改名為中國南方基因中心。1999年由強伯勤院士挑頭在北京先后成立了中國科學院北京人類基因組中心和北方基因組中心。,（1）HGP的內(nèi)容 人類基因組作圖及序列分析，基因的鑒定、基因組研究技術的建立與創(chuàng)新、模式生物基因組作圖和測序、信息系統(tǒng)的建立、儲存及相應軟件的開發(fā)、相關產(chǎn)業(yè)的開發(fā)等。,2.HGP的內(nèi)容、任務與進展,（2）HGP的任務,HGP的基本任務可用4張圖譜來概括，即遺傳圖、物理圖、轉錄圖（基因圖）、序列圖。

23、,A.遺傳圖(genetic map)：又稱連鎖圖(linkage map),是以具有遺傳多態(tài)性的遺傳標記作為“位標”，遺傳學距離為“圖距”的基因組圖。需要應用多態(tài)性標志—RFLP、VNTR（串聯(lián)重復順序多態(tài)性）、SNP。,B.物理圖譜（physical map）：是以一段已知核苷 酸的DNA片段為“位標”,以DNA實際長度(Mb或Kb)作 為圖距的基因組圖。,C.轉錄圖（transcription map)：是以表達序列標記

24、(expressed sequence tags,EST)作為位標，實際上就是人類“基因圖”的雛形，又稱cDNA圖或“表達序列圖”。,D.序列圖(sequence map)：也就是人類基因組 核苷酸序列圖，是分子水平上最高層次、最詳 盡的物理圖。,這四張圖被譽為人類“分子水平上的的解剖圖”或“生命元素周期表”，可見其重要性。,人類基因組計劃要完成的四張圖譜,3. HGP的幾個階段性工作,（1）在2000年6月完成“工作框架圖”。,（

25、2）在2001年2月15日國際聯(lián)盟在《Nature》， Celera公司2月16日在《Science》幾乎同時 發(fā)表了人類基因組的草圖,人類基因組計劃的 測序基本完成。,（3）隨著工作的開展和私有企業(yè)壓力的加大，時 間表也在不斷提前，例如，原定2005年完成 的序列圖譜已被兩次提前至2001年。,插曲： 人類基因組計劃是指同期發(fā)表的兩個框架序列之一。另外一個框架序列是由Ce

26、lera基因組中心完成的。兩個組織在基因組測序的過程中采用了不同的策略，激發(fā)了技術的進步。雙方都是成功的——獨立的HGP和Celera結合HGP公開的數(shù)據(jù)及他們自己的測序努力，兩個框架序列的獲得賦予了關于基因組的結論更高的可信度，兩個組織提供了一系列可供序列分析和開發(fā)的工具。,Celera Genomics公司及其工作簡介：Celera拉丁文意思是“迅速的”。Celera公司由J. Craig Venter于1998年在馬里蘭州的Ro

27、ckville市創(chuàng)立，創(chuàng)立初始就提出了將在三年之內(nèi)完成人類基因組測序的雄心勃勃的計劃。宣傳的口號是“發(fā)現(xiàn)決不等待”，所以，該公司以其高速度而著稱。Celera的第一個主要項目就是果蠅Drosophila melanogaster基因組的測序。,在成功完成果蠅Drosophila melanogaster基因組的測序之后，Celera于1999年9月正式開始了人類基因組的測序工作。測序歷時9個月。2000年6月26日，Celera和人類

28、基因組計劃發(fā)表聯(lián)合聲明，慶祝各自獨立完成了人類基因組的初步分析結果。2001年2月16日出版的《 Science 》雜志上發(fā)表了他們的初步分析結果；同一周，人類基因組計劃作為公共的測序組織也在《 Nature 》雜志上報告了他們的工作成果。,Celera采用全基因組霰彈法來測定人類基因組序列。Celera進行的人類基因組測序的迅速進展，依賴于高效率的自動測序儀——ABI Prism 3700。300臺測序儀同時晝夜運轉，每年的電費就為一

29、百萬美元。,（5）迄止2004年5月26日，已完成了9條染色體的測 序和分析；最近完成了第9號和10號染色體圖 譜的繪制工作，認為癌癥、糖尿病和阿耳茨海 默氏癥與這兩條染色體有關。）,（6）美國科學家研究了71個人之間150多萬個微小 基因的差異，于2005年2月18日首次公布人類 基因差異圖譜，從而向真正個人化醫(yī)療邁進了 一大步。,（4）2003年4月（DNA雙螺

30、旋結構發(fā)表50周年）HGP正式宣告 全部完成,各項指標均如期完成。,,（7）1999年9月，中國積極加入這一研究計劃，負 責測定人類基因組全部序列的1%，也就是3號染色 體上的3000萬個堿基對，中國因此成為參與這一 研究計劃的唯一發(fā)展中國家。截至2000年5月30 日，中國科學院遺傳研究所人類基因組中心已經(jīng) 完成了所承擔的人類基因組3p區(qū)域“工作框架圖” 的任務，原申報的三項指標均如期完成。,（8

31、）2001年（人類基因組計劃完成時)認 為,人類基因組中約有３萬到４萬個蛋白 編碼基因,2004年10月21日,認為人類只有 2萬到2.5萬個基因,比原先預計的10萬個 基因數(shù)要少得多。,最新研究顯示人類基因數(shù)量比原先估計少得多，這是人類與其他種類基因數(shù)量的比較 (2004.10.21《Nature》),英國《The Daily Telegraph》(每日電訊報)悲觀地說道：“產(chǎn)生一個愛因斯坦只需比線蟲多了約一萬二千個基

32、因（實際只多500-5500），或是比果蠅多了一萬七個左右（實際只多6,400-11,400）的基因?！?生物體的復雜度為什么并沒有與其基因數(shù)量之間建立必然的聯(lián)系呢？其原因可能是: (1)在于RNA切割作用可以保證從單個基因產(chǎn)生 多個蛋白質(zhì)產(chǎn)物; (2)脊椎動物基因比無脊椎動物基因會產(chǎn)生更多 的這種切割; (3)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)達的程度與這種數(shù)值是相關的。,比如說：線蟲比果蠅遲鈍，就需要更多的特異蛋白質(zhì)（相應更

33、多的基因數(shù)）來對環(huán)境或天敵做出反應。同樣更遲鈍的植物，需要不斷地進化出新基因來對付不斷出現(xiàn)的新敵人和各種天氣環(huán)境的變化。,“我們之所以同蒼蠅和線蟲不同，是由于我們的蛋白質(zhì)要復雜得多。我們額外的基因并沒有翻譯出許多新的蛋白質(zhì)種類。然而，它們用新的方法重構了古老蛋白質(zhì)的一些不同的部位……；使我們成為人類的是那些在生命的不同時期控制基因開啟和關閉的復雜內(nèi)在機制?！?（五）2001- 后基因組學時代,（標志：功能基因組學、蛋白質(zhì)組學的

34、 興起標志著后基因組學時代的開始）,二、后基因組學產(chǎn)生的背景,人類基因組計劃啟動以來，公共媒體不斷向大眾勾畫著一幅幅美麗的圖景，使人們認為，一旦科學家把各種生物基因組的全部堿基排列順序測定清楚，生命的遺傳奧秘就會顯露無余。,真實的圖景遠不像普通人想象的那樣簡單。,遺傳信息并不直接參與生命活動。一個基因所 含的遺傳信息，通過一系列復雜的反應，最終 導致了相應的蛋白質(zhì)形成，蛋白質(zhì)再參與到生 命的各種活動中去。,對于復雜生命

35、系統(tǒng)的研究來說，注重整體性分 析的“大”生物學是必不可少的。 生命科學又開始向 “大”生物學進軍……,不管怎么說，人類基因組計劃（HGP）被譽為20世紀的3大科技工程之一.經(jīng)過各國科學家十幾年的的努力，人類基因組計劃（HGP）已取得了巨大成績,整個計劃已提前完成.所取得的劃時代研究成果——人類基因草圖的完成宣告了一個新的紀元——“后基因組學（post-genomics）時代”的到來。,后基因組學時代要做的工作，就是如何將人

36、 類基因組計劃所獲知的人類基因序列轉變?yōu)?對人類自身認識的知識？如何對這些基因加 以利用？功能基因組學將成為新世紀最大戰(zhàn)略資源— 人類 基因資源奪戰(zhàn)的重要“戰(zhàn)場” ，而蛋白質(zhì)組學則是功能基因組學研究中的核心。,在過去的50多年內(nèi)，實驗生命科學的主 要目標是尋找特定的基因或蛋白質(zhì)，從 而在分子水平上根據(jù)個別的基因或蛋白 質(zhì)行為來解釋生命活動。,隨著科學的發(fā)展，人們逐漸認識到，過去得到的圖景過于簡單

37、。生命實際上是一個由成千上萬種基因、蛋白質(zhì)和其他化學分子相互作用構成的復雜系統(tǒng)；對于高等生物而言，除了分子層面的復雜行為外，還有著細胞、組織和器官等不同層面的復雜活動；生命現(xiàn)象是這樣一種復雜系統(tǒng)的整體行為。,三、后基因組學的主要 研究內(nèi)容與發(fā)展趨勢,縱觀近50年生命科學，尤其是分子生物學的發(fā)展歷史，我們可以看出20世紀是以核酸的研究為中心，從而帶動了生命科學不斷向縱深發(fā)展：50年代的DNA雙螺旋結構，60年代的操縱子學說，70年代

38、的DNA重組,80年代的PCR技術，90年代的DNA測序,21世紀的蛋白質(zhì)組技術、基因（生物）芯片技術、RNAi技術等都具有里程碑的意義。,將生命科學帶向一個：由宏觀到微觀再到宏觀、由分析到綜合的時代。那么，21世紀生命科學發(fā)展趨勢怎樣呢？隨著“人類基因組計劃”的實施和完成，人類基因組研究的重點正在由“結構”向“功能”轉移。 在21世紀的生命科學后基因組學時代，主要的重點研究領域有那些呢？,《中國技術前瞻報告2003》:未來十年我國最

39、有可能的十大科技突破,下一代移動通信技術下一代網(wǎng)絡體系納米級芯片技術中文信息處理技術人類功能基因組學,醫(yī)藥生物技術生物信息學蛋白組學農(nóng)作物新品種培育技術納米材料與納米技術,（六）表型組學(Phenomics),（一）功能基因組學（Functional genomics）,（二）轉錄組學（Transcriptomics）,（三）蛋白質(zhì)組學 （Proteomics),（四）代謝組學 (Metabolomics),（五）糖組學

40、 (Glycomics),因此，我們認為，21世紀的生命科學主要的重點研究領域有：,（七）相互作用組學(Interactomics),以上內(nèi)容構成了后基因組學的時代特征、主要研究內(nèi)容和發(fā)展趨勢。 我們有理由相信，后基因組計劃將比人類基因組計劃更宏偉，將給人類社會和人們的生活帶來更加深刻的影響。,（九）腦研究(Brain Research；腦計劃,Brain Project ) （神經(jīng)、認知、記憶、智力等等）

41、……,（八）生物信息學(Bioinformatics),近十多年來，蛋白質(zhì)組學研究迅猛發(fā)展，已被廣泛應用于醫(yī)學研究的各個領域。它著眼于對蛋白質(zhì)整體水平的研究，成為闡明基因組的功能、揭示生命奧秘的一個新的技術平臺。在疾病方面，探討蛋白質(zhì)與疾病之間的關系。在藥學范疇內(nèi)，它針對藥物靶點的識別，藥效評價，藥物毒理學研究，分子藥理模型的構建以及抗體的制備等進行研究，在藥物開發(fā)方面已顯示出巨大的潛力。 ……,在生物體內(nèi)，基因組是遺傳密碼的攜帶者，

42、而真正的功能性分子卻是蛋白質(zhì)。只有通過研究蛋白質(zhì)，我們才有可能讀懂人類基因組這本“天書”。蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的表達具有時空性和復雜性。首先，在特定的發(fā)育階段，不同的細胞內(nèi)外環(huán)境，一個基因可以表達出不同數(shù)量、不同種類的蛋白質(zhì)，從而產(chǎn)生不同的生物學功能。其次，基因編碼的蛋白質(zhì)產(chǎn)物也并非一成不變的，最為突出的就是蛋白質(zhì)的翻譯后修飾。,據(jù)統(tǒng)計，蛋白質(zhì)在翻譯后大約有200種的修飾形式，如磷酸化、糖基化、乙?；?、烷基化等，這些變化不僅改變了蛋白質(zhì)的空

43、間構象，而且，往往是蛋白質(zhì)發(fā)揮功能的活性基礎。由于單基因病僅占所有疾病的2%左右，大多數(shù)疾病都是發(fā)生在蛋白質(zhì)水平，因而利用蛋白質(zhì)組學技術，借助研究蛋白質(zhì)的表達豐度、性質(zhì)和相互作用，我們就可以進一步探索疾病的診療方法和藥物的開發(fā)。,上個世紀70年代以后,分子生物學飛速發(fā)展，理論體系和技術體系不斷完善。,逆轉錄酶的發(fā)現(xiàn)，修正和完善了中心法則：,DNA RNA 蛋白質(zhì),（20世紀8

44、0年代） 瘋牛病和人類克雅?。–reutsfeldt-disease,CJD）為代表的可傳染性海綿狀腦病(transmissible spongi-form encephalopathies,TSE)為一類致死性神經(jīng)系統(tǒng)疾病。其感染因子是一種與正常細胞膜蛋白（PrPC）一級結構完全相同，但高級結構、理化特性不同的PrPSc或prion蛋白（阮蛋白？）。目前的研究提示，這種不含有核酸的prion蛋白似乎具有自身復制的能力，也就是說這種

45、蛋白本身就儲備了生命活動必需的遺傳信息。,這就提示我們，在自然界中可能還存在著一種全新的微小生命體—— 一種無核酸的微小生物體。從而改變?nèi)祟悓φ麄€生物界的認識。即蛋白質(zhì)不僅可體現(xiàn)生物學功能，而且可儲存遺傳信息。而核酸成分可能在prion復制過程中完全缺如，這將有力地挑戰(zhàn)目前的“生物中心法則”。PrP蛋白高級結構的改變不僅可造成蛋白質(zhì)功能的變化，在某種意義上還是遺傳信息傳遞的方式。,,比較完善的中心法則：,DNA

46、 RNA 蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)組學,,蛋白質(zhì)組學是以蛋白質(zhì)組為研究對象，研究細胞內(nèi)所有蛋白質(zhì)及其動態(tài)變化規(guī)律的科學。 蛋白質(zhì)組與基因組不同：基因組基本上是固定不變的，即同一生物不同細胞中基因組基本上是一樣的，如人的基因總數(shù)大致為2～2.5萬個。單從DNA序列尚不能回答某個基因的表達時間、表達量等；而蛋白質(zhì)組則是動態(tài)的，有時空性、可調(diào)節(jié)性。所以，基因的表達可在蛋白質(zhì)組研究中找到答案。,,從提出蛋白質(zhì)組與蛋

47、白質(zhì)組學概念的短短幾年中，已于1997年構建成功第一個完整的蛋白組數(shù)據(jù)庫——酵母蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（yeast protein database, YPD），進展速度極快，新的思路的技術不斷涌現(xiàn)，蛋白質(zhì)組學這門新興學科，在今后的實踐中將會不斷完善，充實壯大，發(fā)展成為后基因組時代的帶頭學科。,最近的一些進展,1.《Science》(2005.8.25)報道，美國和日本科學家發(fā)現(xiàn)了一種通過影響胰島素分泌延長老鼠生命的蛋白質(zhì)——“克洛托”（克洛托是

48、希臘神話中紡織生命之線的女神控制著人的壽命）。科學家們培育的突變種系老鼠體內(nèi)的克洛托基因導致產(chǎn)生更多的蛋白質(zhì)，使其壽命比正常的老鼠長19%-31%。2.（法新社漢城8月25日電）韓國科學家已經(jīng)克隆出用于生產(chǎn)治療癌癥蛋白的轉基因豬（4只母豬）。這四只母豬將產(chǎn)生含有粒細胞-巨噬集落刺激因子（GM-CSF）的豬奶（GM-CSF是一種刺激白細胞產(chǎn)生的蛋白，可用于治療白血病或貧血癥，或對白細胞低的癌癥患者進行治療，現(xiàn)在的價格是60萬美元/克，其

49、前景非常誘人）。,7. 06年的諾貝爾獎,（1） 2006年10月2日，瑞典卡羅琳斯卡醫(yī)學院宣布，將本年度諾貝爾生理學醫(yī)學獎授予兩位美國科學家（法爾，47歲，麻省理工學院；梅洛，46歲，哈佛大學）。以表彰他們發(fā)現(xiàn)了RNA干擾（RNAi）機制（這可能幫助人類戰(zhàn)勝癌癥、肝炎等頑癥） 1998年發(fā)表論文，2006年就得獎（只隔了8年）。,安德魯·法爾與克雷格·梅洛,（2）2006年10月4日，瑞典皇家科學院宣布，美國科

50、學家科恩伯格（59歲，美國斯坦福大學醫(yī)學院）獨享本年度諾貝爾化學獎。他的貢獻是在“真核轉錄的分子基礎——真核生物體內(nèi)的細胞如何利用基因內(nèi)存儲的遺傳信息生產(chǎn)蛋白質(zhì)”（意義：人類的多種疾病如癌癥、心臟病等都與這一過程發(fā)生紊亂有關）。他的論文是2001年發(fā)表。,,羅杰·科恩伯格他可以１０年潛心在自己的領域內(nèi)鉆研，而沒有任何壓力迫使他快出成果。（最近10年，他沒有發(fā)表過任何一項重大發(fā)現(xiàn)，卻的得以繼續(xù)從事研究活動）,8. 基因靶向技

51、術獲07年度諾貝爾獎 英美三人組科學家因“在涉及胚胎干細胞和哺乳動物DNA重組方面的一系列突破性發(fā)現(xiàn)”而獲得2007年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。這一被稱為“基因打靶”技術有助于將來治療先天性遺傳疾病(利用基因同源重組,,瞄準某一特定基因,使其失去活性)。 《參考消息》07.10.9）,德法科學家分享 9. 08年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎1.德國科學家豪森現(xiàn)年72歲，他的獲獎

52、原因是發(fā)現(xiàn)了人乳頭狀瘤病毒HPV，這種病毒是導致女性第二常見癌癥--宮頸癌的罪魁禍首2.法國科學家巴爾-西諾西和蒙塔尼的獲獎成就是發(fā)現(xiàn)了人類免疫缺陷病毒，也就是人們常說的艾滋病病毒。(法國科學家巴爾-西諾西現(xiàn)年61歲，她是近年來少有的諾貝爾科學獎女性獲得者之一，以研究艾滋病病毒而聞名，是1983年發(fā)現(xiàn)艾滋病病毒的論文作者之一)。,10. 08年度 諾貝爾化學獎 我國導彈之父錢學森的堂侄華裔科學家錢永健教授獲得諾貝爾化學獎

53、 向細胞派遣的疾病“偵探” 錢永健此次和其他兩位科學家(馬丁·查爾菲、下村修 )都是因在“綠色熒光蛋白”的研究中做出的貢獻而獲殊榮。而錢永健所作的研究色彩更加繽紛。他在“綠色熒光蛋白”的基礎上，通過改變其氨基酸排序，拓展出能吸收和發(fā)出不同顏色光的熒光蛋白，包括藍色、黃色、橙色、紅色、紫色等。有了這些不同顏色的熒光標記，科研人員通過光學顯微鏡，就可以輕松確認基因或蛋白質(zhì)活動的時間和位置。 日裔科學家下村修是最早發(fā)現(xiàn)“綠

54、色熒光蛋白”的人。,09年度 1.諾貝爾生理學或醫(yī)學獎 10月5日，2009年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎在瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學院揭曉，三位美國科學家伊麗莎白?布蘭克波恩(Elizabeth H.Blackburn)、卡羅爾?格雷德(Carol W. Greider)以及杰克?紹斯塔克(Jack W. Szostak)共同獲得該獎項。他們發(fā)現(xiàn)了由染色體根冠制造的端粒酶(telomerase)，這種染色體的自然脫落物將引發(fā)衰老和

55、癌癥。,“發(fā)現(xiàn)端粒和端粒酶是如何保護染色體的”這一成果，揭開了人類衰老和罹患癌癥等嚴重疾病的奧秘。 　正常人的體細胞有23對染色體?！岸肆Ｊ羌毎麅?nèi)染色體末端的‘保護帽’，它能夠保護染色體，而端粒酶在端粒受損時能夠恢復其長度?！?“伴隨著人的成長，端粒逐漸受到‘磨損’?！?端粒不僅與染色體的個性特質(zhì)和穩(wěn)定性密切相關，而且還涉及細胞的壽命、衰老與死亡等。端粒變短，細胞就老化。相反，如果端粒酶活性很高，端粒的長度就能得到保持，細胞的老化就被

56、延緩。 　“這是有關人類衰老、癌癥和干細胞等研究的謎題拼圖中重要的一片，”新聞公報說，“他們的發(fā)現(xiàn)使我們對細胞的理解增加了新的維度，清楚地顯示了疾病的機理，并將促使我們開發(fā)出潛在的新療法?！?2.英美以三位科學家獲得2009年諾貝爾化學獎瑞典皇家科學院7日宣布，萬卡特拉曼-萊馬克里斯南(Venkatraman Ramakrishnan) 、托馬斯-施泰茨(Thomas Steitz) 和阿達-尤納斯(Ada Yonath)因“核糖體

57、的結構和功能”的研究獲得2009年諾貝爾化學獎。 萬卡特拉曼-萊馬克里斯南出生于1952年，來自英國醫(yī)學研究委員會劍橋分子生物學實驗室；托馬斯-施泰茨出生于1940年，來自美國耶魯大學和霍華休斯醫(yī)學研究所；1939年出生的女生物學家阿達·尤納斯來自以色列霍旺特·魏茨曼科學研究所。,他們在原子水平上顯示了核糖體的形態(tài)和功能。三位科學家利用X射線結晶學技術標出了構成核糖體的無數(shù)個原子每個所在的位置。2009

58、年諾貝爾化學獎獎勵的是對生命一個核心過程的研究——核糖體將DNA信息“翻譯”成生命。核糖體制造蛋白質(zhì)，控制著所有活有機體內(nèi)的化學。因為核糖體對于生命至關重要，所以它們也是新抗生素的一個主要靶標。,2010年，英國生理學家羅伯特·愛德華茲 因為在試管嬰兒方面的研究獲得2010年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。,11. 美日科學家造出“萬能細胞” （美日科學家使皮膚細胞成功轉化為干細胞）可培育人體任何器官 學界稱之生物科學

59、里程碑 皮膚細胞 干細胞 器官,山中 伸彌（日）,詹姆斯.湯姆森 （美）,俞 君 英（中國）,,,“萬能細胞”——誘導多能干細胞簡稱iPS細胞今年明年或后年 得諾貝爾獎？,12. 干細胞研發(fā)日美科學家爭第一 兩個小組所使用的方法,原本就是源自山中教授在世界上率先利用老鼠進行研究并于去年8月發(fā)表的一項研究成果。iPS細胞的生成方法是，向分化成皮膚組織的細胞中植入Oct3/4、Sox2

60、、KIf4、c-Myc這4種遺傳因子，在生成各種細胞之前進行重新編排。山中首先選出的是24個基因，最終確定了使用4種遺傳因子。但這種遺傳因子中，c-Myc與癌癥有關，在利用iPS細胞培育的老鼠中，有兩成老鼠患有腫瘤，對臨床應用的安全性帶來了難題。,所以，美國的研究人員，就從導入的遺傳因子中去除c-Myc的方法來突破癌變這個障礙（他們將四個基因中的c-Myc等兩個基因替換成別的基因Nanog和Lin28）而成功制作出iPS細胞。 美

61、國研究人員用的是胎兒和新生兒的陰莖包皮的皮膚細胞；而日本的山中用的是婦女臉部的皮膚細胞，在應用上,山中領先了一步。 但在經(jīng)費投入上，美國遙遙領先。 《參考消息》07.11.24）,從近年諾貝爾獎可以思考幾個問題？1.美國的老大地位 ２００６年度的諾貝爾３項科學獎全部

62、被美國人收入囊中（已有５位美國科學家摘得諾貝爾桂冠）。（２００４年，諾貝爾生理學或醫(yī)學獎、物理學獎、化學獎和經(jīng)濟學獎得主的１０人中就有７人來自美國，２００５年的１０位諾貝爾獎獲得者中則有一半是美國人） （1）美國整體科研實力的雄厚及良好的創(chuàng)新體系 美國在科研領域已經(jīng)形成了自己的優(yōu)勢，美國的整個科研體制為科學家們營造了寬松、適宜的工作氛圍。 （2）從資金的投入和科研抱負來看，美國遙遙領先。 （3）美國龐大的科研隊伍也是屢獲

63、獎項的重要因素。 2.分子生物學領域占優(yōu)勢 與本學科的地位相吻合3.得獎與成果發(fā)表的間隔時間縮短 幾十年——十幾年——幾年,生命科學的主旋律： 生命的起源與進化——生命的本質(zhì)——遺傳學——基因的概念——基因的研究（表觀基因的研究、基因結構的研究、基因功能的研究）——基因組研究——后基因組（功能基因組學、轉錄組學、蛋白質(zhì)組學、糖組學 ……,生命科學的發(fā)展歷史與潮流 前遺傳學——經(jīng)典遺傳學——分子遺傳學（前基因組學）—

64、—基因組學 ——后基因組學（蛋白質(zhì)組學）,眾所周知，21世紀被稱為“生物學世紀”,或稱為“生命科學時代”，生命科學已成為科學的前沿，而分子生物學是生命科學的帶頭學科， 21世紀將是分子生物學得到進一步發(fā)展并占統(tǒng)治地位，將深刻影響到生命科學的各個領域。作為生命科學前沿研究領域的生命科學工作者，一定要認清生命科學發(fā)展的形勢，才能了解生命科學的發(fā)展動態(tài)，緊跟生命科學發(fā)展的潮流，把握生命科學的主旋律，才能在激烈的競爭中立于不敗之地。,我們目前

65、進行的工作:1.利用RNAi抑制導致腫瘤病毒基因表達方面 的研究；2.利用雙歧桿菌進行基因疫苗方面的研究；3.細胞因子與基因工程藥物方面的研究；4.肥胖相關因子受體基因克隆表達及其蛋白 質(zhì)組學研究；5.細胞信號傳導方面的研究。 每一個領域都有國家自然科學基金項目作支撐 歡迎加入我們的行列！,主要教學參考書：1.馮作化 主編 《醫(yī)學分子生物學》 人民衛(wèi)生出版社 2001.92.陳啟民等 主

66、編 《分子生物學》 南開大學出版社 2001.123.來茂德 主編 《醫(yī)學分子生物學》 人民衛(wèi)生出版社 1999.94.高天祥 田竟生主編 《醫(yī)學分子生物學》 科學出版社 1999.65.周 虹等 主編 《生物化學與分子生物學高級教程》(21世紀高等醫(yī)學 院校教材) 科學出版社 2002.16.朱玉賢等編《現(xiàn)代分子生物學》高等教育出版社 2001年5月第6次印刷 7.“863”生物高技術叢書

67、 多種分冊 科學出版社 2002 分子文庫 基因表達技術 轉基因動物 生物信息學 基因組科學與人類疾病……,8.張惠展 編著《基因工程原理概論》2000.5 華東理工大學出版社9.張成崗 賀福初 編著《生物信息學》—方法與實踐 2002.6 科學出版社10.夏寶森等主編《21世紀分子醫(yī)藥學前沿》2001.1 天津

68、科技出版社11.Robert F.Weaver:《Molecular biology》 2001 (影印版) 科學出版社 12.Benjamin Lewin : 《Gene》(Ⅶ) 2000 （英文原版）13.David W.Mount: 《Bioinformatics》 2002 (影印版)科學出版社14.Brown T.A.:《ゲノム》（Genomes）2000 （日文原版）15.Gerald Ka