分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

1、Sun Like Fire1.分子生物學(xué)的概念分子生物學(xué)的概念2.分子生物學(xué)的內(nèi)容分子生物學(xué)的內(nèi)容3.分子生物學(xué)的應(yīng)用分子生物學(xué)的應(yīng)用4.寄語(yǔ)及參考文獻(xiàn)寄語(yǔ)及參考文獻(xiàn) 分子生物學(xué)（分子生物學(xué)（molecular biology） 在分子水平上研究生命的重要物質(zhì)的化學(xué)與物理結(jié)構(gòu)、生理功能及其結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)性，揭示復(fù)雜生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門(mén)現(xiàn)代科學(xué)。 廣義：廣義：研究生物化學(xué)中所涉及的一切生物組成成分及其各種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、代謝過(guò)程及作用機(jī)制。 狹義：狹義：偏重于生物大分子核酸。 結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)結(jié)構(gòu)分子生物學(xué) 通過(guò)闡明生物大分子的三維結(jié)構(gòu)來(lái)解釋細(xì)胞的生理功能。 1951年年 L. C. Paulin

2、g等提出螺旋結(jié)構(gòu)描述了蛋白質(zhì)分子中肽鏈的一種構(gòu)象 1955年年 F. Sanger完成了胰島素的氨基酸序列的測(cè)定 1957、1959年年 J. C. Kendrew和M. F. Perutz闡明了鯨肌紅蛋白和馬血紅蛋白的立體結(jié)構(gòu) 1965年年 中國(guó)科學(xué)家合成了有生物活性的胰島素 1944年年 O. T. Avery等研究細(xì)菌中的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，證明了DNA是遺傳物質(zhì) 1953年年 J. D. Watson和F. H. C. Crick提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu) 1961年年 F. Jacob和J. L. Monod提出了操縱子的概念DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄調(diào)控調(diào)控 遺

3、傳信息的傳遞規(guī)律遺傳信息的傳遞規(guī)律 復(fù)制：DNADNA，RNARNA 轉(zhuǎn)錄：DNA初始轉(zhuǎn)錄本mRNA RNA加工：初始轉(zhuǎn)錄本mRNA成熟的mRNA 翻譯：成熟mRNA多肽鏈（蛋白質(zhì)前體） 逆轉(zhuǎn)錄：RNAcDNA（互補(bǔ)DNA）雙鏈DNA 蛋白質(zhì)的調(diào)控作用？ sRNA、ncRNA的作用？ 朊病毒的發(fā)現(xiàn)？ 遺傳信息的傳遞規(guī)律遺傳信息的傳遞規(guī)律 中心法則中三類(lèi)遺傳信息的傳遞順序一般一般特殊特殊未知未知DNADNARNADNA蛋白質(zhì)DNADNARNARNARNA蛋白質(zhì)RNARNA蛋白質(zhì)DNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 基因、基因組和蛋白質(zhì)組基因、基因組和蛋白質(zhì)組 基因組：基因組：?jiǎn)伪扼w細(xì)胞中的全套染色體或病毒粒

4、子所含的全部DNA分子或RNA分子。 基因組學(xué)：基因組學(xué)：對(duì)所有基因進(jìn)行基因組作圖、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析的一門(mén)科學(xué)。 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組：組：全部基因表達(dá)的全部蛋白質(zhì)及其存在方式，是一個(gè)基因、一個(gè)細(xì)胞或組織所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)成分。 蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)組學(xué)：學(xué)：對(duì)不同時(shí)間和空間發(fā)揮功能的特定蛋白質(zhì)群體進(jìn)行研究，從蛋白質(zhì)水平上探索蛋白質(zhì)作用模式、功能機(jī)理、調(diào)節(jié)機(jī)制及蛋白質(zhì)群體內(nèi)相互作用。 基因的表達(dá)和調(diào)控基因的表達(dá)和調(diào)控 組織特異性&階段特異性 管家基因&奢侈基因 誘導(dǎo)&阻遏 開(kāi)放&關(guān)閉 基因工程基因工程（應(yīng)用層面） 轉(zhuǎn)基因技術(shù) 基因治療 基因診斷 史史海縱覽?？v覽 1940年年 Pau

5、ling發(fā)現(xiàn)鐮狀細(xì)胞貧血病的病因是血紅蛋白結(jié)構(gòu)改變所致。 1956年年 Ingram發(fā)現(xiàn)珠蛋白第6位氨基酸由谷氨酸突變?yōu)槔i氨酸是鐮狀細(xì)胞貧血的致病原因。 1959年年 Jerome Lejeune等發(fā)現(xiàn)Down綜合征是由21號(hào)染色體三體突變引起的第一個(gè)染色體病。 1976年年 發(fā)現(xiàn)癌基因。 1978年年 美籍華裔科學(xué)家簡(jiǎn)悅威（Kan YM）第一次利用DNA多態(tài)性與致病基因的關(guān)聯(lián)性，成功對(duì)鐮狀細(xì)胞貧血進(jìn)行了產(chǎn)前診斷。 史海縱覽史?？v覽 1981年年 第一個(gè)轉(zhuǎn)基因（生長(zhǎng)激素基因）小鼠構(gòu)建成功。 1982年年 世界上第一個(gè)基因工程產(chǎn)品人胰島素問(wèn)世。 1983年年 Huntington病的致病基因被定

6、位于第4號(hào)染色體。 1986年年 完成第一個(gè)人類(lèi)致病基因的定位克隆。 1987年年 第一張含400個(gè)RFLP標(biāo)志的人遺傳圖譜繪制完畢。 1990年年 第一例真正意義上的基因治療：采用腺苷脫氨酶（ADA）基因治療ada基因缺陷引起的嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥（SCID）的患者。 1995年年 第一個(gè)病原微生物基因組測(cè)序流感病毒。 揭示生命活動(dòng)機(jī)制揭示生命活動(dòng)機(jī)制決策決策 在所有生物中： 構(gòu)成生物大分子的單體都是相同的，它們具有共同的核酸語(yǔ)言和共同的蛋白質(zhì)語(yǔ)言 生物體內(nèi)一切有機(jī)大分子的建成都遵循共同的規(guī)則 生物大分子單體（核苷酸、氨基酸）組成和排列方式的不同是產(chǎn)生功能差異的基礎(chǔ) 所以對(duì)正常正常生命活動(dòng)機(jī)

7、制的探索（尤其是對(duì)模式生物的研究）可以為我們?cè)卺t(yī)療決策中提供策略。 揭示生命活動(dòng)機(jī)制揭示生命活動(dòng)機(jī)制決策決策 人類(lèi)疾病的發(fā)生有多種多樣的原因，但歸結(jié)到分子生物學(xué)水平，人類(lèi)的各種疾病都與某一個(gè)（些）基因有關(guān)： 人體某種細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生異常改變 外源基因進(jìn)入體內(nèi)引起疾病 疾病易感基因使機(jī)體對(duì)致病因素更為敏感 當(dāng)然，除了基因水平的致病因素，在基因表達(dá)過(guò)程中出現(xiàn)的種種問(wèn)題也是導(dǎo)致疾病的因素，目前看來(lái)，只有在分子水平對(duì)致病因素有了詳細(xì)的了解，才能從本質(zhì)上解釋疾病的發(fā)病機(jī)制。 揭示生命活動(dòng)機(jī)制揭示生命活動(dòng)機(jī)制決策決策 對(duì)人類(lèi)疾病機(jī)制探索的示例：囊腫性纖維化?。–F） 圖：囊腫性纖維化病基因中引起病變的突變

8、 圖例：讀碼框內(nèi)缺失 剪切突變 錯(cuò)義突變 無(wú)義突變 移碼突變 揭示生命活動(dòng)機(jī)制揭示生命活動(dòng)機(jī)制決策決策 對(duì)人類(lèi)疾病機(jī)制探索的示例：囊腫性纖維化?。–F） 揭示生命活動(dòng)機(jī)制揭示生命活動(dòng)機(jī)制決策決策 對(duì)人類(lèi)疾病機(jī)制探索的示例：囊腫性纖維化?。–F） 囊腫性纖維化病變基因產(chǎn)物，被稱(chēng)為囊腫性纖維化病變跨膜介導(dǎo)調(diào)節(jié)因子（CFTR蛋白）形成通過(guò)組成呼吸道、胰、汗腺、腸和其他組織的細(xì)胞細(xì)胞膜的離子通道，并且調(diào)節(jié)鹽分和水分在那些細(xì)胞中的進(jìn)出，該蛋白工作不正常，鹽分在上皮細(xì)胞中聚集并導(dǎo)致黏液在這些細(xì)胞表面的累積。 揭示生命活動(dòng)機(jī)制揭示生命活動(dòng)機(jī)制決策決策 對(duì)人類(lèi)疾病機(jī)制探索的示例：囊腫性纖維化病（CF） 策略：

9、將正?；?qū)牖颊咭詮浹a(bǔ)缺陷蛋白 實(shí)施：2002-2003年囊性纖維化基因治療一期臨床試驗(yàn) 利用“壓縮DNA”技術(shù)使外來(lái)DNA直接穿透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞 通過(guò)鼻通道滴注生理鹽水導(dǎo)入正?；?通過(guò)鼻組織活檢檢測(cè)正常的cftr基因是否進(jìn)入患者細(xì)胞并產(chǎn)生足夠蛋白 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因工程用于藥物的生產(chǎn) 基因工程：基因工程：在體外將各種 基因工程可打破種屬界來(lái)源的遺傳物質(zhì)插入病毒、細(xì)菌質(zhì)粒、噬菌體或其他載體分子，形成遺傳物質(zhì)的新組合，繼而通過(guò)轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)染使之摻入到原先沒(méi)有這類(lèi)分子的宿主細(xì)胞內(nèi)，而能持續(xù)穩(wěn)定地繁殖。限，在原核生物中表達(dá)真核生物基因。 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的

10、發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因工程用于藥物的生產(chǎn) 示例：利用大腸桿菌生產(chǎn)人類(lèi)生長(zhǎng)激素圖：構(gòu)建載體 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因工程用于藥物的生產(chǎn) 示例：利用大腸桿菌生產(chǎn)人類(lèi)生長(zhǎng)激素 位于hGH（E. coli.）第24個(gè)密碼子的Hae酶切位點(diǎn)被用來(lái)將一段編碼第123個(gè)氨基酸的合成DNA序列和一段編碼第24191個(gè)氨基酸的部分cDNA序列融合在一起，以使得hGH編碼序列置于大腸桿菌調(diào)節(jié)元件的控制下。 這部分之后被插入一個(gè)攜帶lac調(diào)節(jié)信號(hào)的質(zhì)粒中，通過(guò)轉(zhuǎn)化導(dǎo)入大腸桿菌。 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因診斷以病人的癥狀和體征為診斷依據(jù)以細(xì)胞學(xué)檢查為主

11、、根據(jù)疾病所導(dǎo)致的機(jī)體細(xì)胞形態(tài)或（和）數(shù)量的改變提供診斷依據(jù)通過(guò)分析生物化學(xué)代謝產(chǎn)物和酶的活性變化，為疾病的臨床診斷提供更多的信息以免疫學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)為主，通過(guò)識(shí)別特定蛋白質(zhì)分子的差異為疾病診斷提供依據(jù) 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因診斷 以上診斷方法都是針對(duì)疾病的表型改變建立診斷指標(biāo)，而表型的改變常常是在疾病的中晚期才出現(xiàn)，很多情況下還不夠特異。 從基因水平進(jìn)行疾病的診斷不僅可以在表型改變以前進(jìn)行早期診斷，更是對(duì)疾病進(jìn)行本質(zhì)的診斷。 基因診斷：基因診斷：利用分子生物學(xué)技術(shù)，從DNA/RNA水平檢測(cè)基因的存在、分析基因的結(jié)構(gòu)變異和表達(dá)狀態(tài)，從而對(duì)疾病作出診斷病因?qū)W診斷病因?qū)W

12、診斷。 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因診斷 案例：Beery夫婦和雙胞胎Noah（男）、Alexis（女） 出生后：腹絞痛、嘔吐 兩歲時(shí)：確診為腦癱腦癱 五歲半：Alexis眼珠上翻，手無(wú)法正常下垂 Noah一天24小時(shí)不斷嘔吐注：圖片非當(dāng)事者，僅供參考 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因診斷 案例：Beery夫婦和雙胞胎Noah（男）、Alexis（女）密歇根大學(xué)神經(jīng)學(xué)教授John Fink 診斷：多巴反應(yīng)性肌張力障礙 治療：小劑量左旋多巴 效果：癥狀顯著緩解注：圖片非當(dāng)事者，僅供參考 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因診斷 案

13、例：Beery夫婦和雙胞胎Noah（男）、Alexis（女）貝勒醫(yī)學(xué)院人類(lèi)基因組測(cè)序中心對(duì)雙胞胎及其哥哥、父母的基因組進(jìn)行測(cè)序研究 結(jié)果：三個(gè)可能致病突變基因，其二未知，其一編碼墨蝶呤還原酶（SPR）；雙胞胎遺傳了這個(gè)基因的兩個(gè)變異副本，分別來(lái)自父親、母親。 分析：SPR變異，破壞多巴胺、五羥色胺、去甲腎上腺素的產(chǎn)生途徑患兒不僅缺乏多巴胺，而且缺乏五羥色胺 治療：補(bǔ)充小劑量五羥色胺藥物 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因診斷 應(yīng)用核酸分子雜交核酸分子雜交可進(jìn)行基因的特異識(shí)別和分析 Southern印跡雜交 Northern印跡雜交 斑點(diǎn)雜交 原位雜交 夾心雜交 PCR技術(shù)技

14、術(shù)是基因診斷的一種基礎(chǔ)技術(shù) 定時(shí)定量PCR Alu-PCR 原位PCR 多重PCR 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因診斷 DNA序列測(cè)定序列測(cè)定是最直接、最準(zhǔn)確的基因診斷技術(shù) DNA芯片技術(shù)芯片技術(shù)是應(yīng)用前景廣闊的基因診斷技術(shù) 原理：核酸分子雜交 將一系列預(yù)先設(shè)計(jì)好的核酸探針有序地、高密度地排列在固體支持物（玻璃、硅片、尼龍膜）上，制成DNA微陣列 用熒光標(biāo)記的待測(cè)樣品（DNA、cDNA、RNA）與核酸探針雜交 通過(guò)激光共聚焦熒光掃描系統(tǒng)檢測(cè)雜交信號(hào)強(qiáng)度 經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)綜合分析獲得基因序列信息或表達(dá)信息 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因診斷 分子生物學(xué)分

15、子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因診斷 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因治療 生殖細(xì)胞治療 體細(xì)胞治療 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因治療基因置換（基因矯正）：基因置換（基因矯正）：將特定的目的基因?qū)胩囟ǖ募?xì)胞，通過(guò)定位重組，以導(dǎo)入的正常基因置換基因組原有的缺陷基因。 必要條件：1.對(duì)導(dǎo)入的基因及其產(chǎn)物有詳盡的了解；2.外來(lái)基因能有效地導(dǎo)入靶細(xì)胞；3.導(dǎo)入基因能在靶細(xì)胞中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在；4.導(dǎo)入基因能有適度水平的表達(dá)；5.基因?qū)氲姆椒八幂d體對(duì)宿主細(xì)胞安全無(wú)害。 技術(shù)：基因同源重組（基因打靶） 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)

16、施實(shí)施 基因治療基因添加（基因增補(bǔ)）：基因添加（基因增補(bǔ)）：通過(guò)導(dǎo)入外源基因使靶細(xì)胞本身不表達(dá)的基因。 類(lèi)型： 針對(duì)特定的缺陷基因?qū)肫湎鄳?yīng)的正?；?導(dǎo)入靶細(xì)胞本來(lái)不表達(dá)的基因，利用其產(chǎn)物治療 必要條件：1.對(duì)導(dǎo)入的基因及其產(chǎn)物有詳盡的了解；2.外來(lái)基因能有效地導(dǎo)入靶細(xì)胞；3.導(dǎo)入基因能在靶細(xì)胞中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在；4.導(dǎo)入基因能有適度水平的表達(dá)；5.基因?qū)氲姆椒八幂d體對(duì)宿主細(xì)胞安全無(wú)害。 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因治療基因干預(yù)：基因干預(yù)：采用特定的方式抑制某個(gè)基因的表達(dá)，或者通過(guò)破壞某個(gè)基因的結(jié)構(gòu)而使之不能表達(dá)，以達(dá)到治療疾病的目的。 方法：反義核酸、核酶等、干

17、擾RNA技術(shù)等 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因治療導(dǎo)入自殺基因：導(dǎo)入自殺基因：將“自殺”基因轉(zhuǎn)移入宿主細(xì)胞中，這種基因編碼的酶能使無(wú)毒性的藥物前體轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒性代謝物，誘導(dǎo)靶細(xì)胞產(chǎn)生“自殺”效應(yīng)，從而達(dá)到消除腫瘤細(xì)胞的目的。 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因治療（實(shí)例）選修3現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題P23 分子生物學(xué)分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展實(shí)施實(shí)施 基因治療 表：適合于體細(xì)胞基因治療的人類(lèi)疾病疾病疾病靶細(xì)胞靶細(xì)胞被傳染的基因被傳染的基因血友病A肝、肌肉、骨髓細(xì)胞凝血因子血友病B成纖維細(xì)胞凝血因子家族性高膽固醇癥肝低密度脂蛋白受體重度聯(lián)合免疫缺陷病骨髓細(xì)胞、T細(xì)胞腺苷脫氨酶（ADA）血紅蛋白病紅細(xì)胞前體細(xì)胞-珠蛋白、-珠蛋白囊性纖維化骨髓細(xì)胞、巨噬細(xì)胞CFTR癌癥癌癥腫瘤細(xì)胞P53，Rb，白細(xì)胞介素，生長(zhǎng)抑制基因，凋亡基因 基因療法似乎還需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能創(chuàng)造