1、人類后基因組時代（Post-genome era)10/6/20221基本概念基因（Gene）：生物體的遺傳單位，由脫氧核糖核酸（DNA）組成。DNA由4種核苷酸（A、T、C、G）組成。10/6/20222人類基因組的23對染色體10/6/20223從DNA到蛋白質10/6/20224From DNA to Human10/6/202252000年是基因組之年，完成了人類基因組的工作框架圖，完成了一系列模式生物和微生物的基因組序列分析。10/6/20227我國94年啟動“中華民族基因組若干位點基因研究”“重大疾病相關基因研究”課題，99年承擔了人類基因組1%序列的測序任務，負責第3號染色體3千

2、萬核苷酸的序列測定工作。10/6/20228前基因組時代的“釣魚”和后基因組時代的“撈魚”10/6/202210后基因組時代研究的重要方向1.單基因遺傳病的致病基因研究和基因診斷 我國有豐富的疾病資源，特別是一些我國特有的單基因遺傳病家系，可提供良好的基礎發現新的致病基因.10/6/202211單基因遺傳病和復雜疾病10/6/202212 單核苷酸多態性（Single Nucleotide Polymorphisms， SNPs） 不同個體間在基因水平上的單核苷酸變異，平均每1000對鹼基出現一個SNP,2個無關個體間有300萬SNPs.10/6/202214SNP研究為了解疾病的發病機理，疾

3、病的診斷及疾病易感性研究提供基礎。位于外顯子區并改變氨基酸序列的SNP以及位于基因表達調控區的SNP可能具有重要臨床意義和功能意義生物信息學可提供SNP的數據庫和功能預測10/6/2022153.藥物基因組學研究與個體化治療 在臨床上對同樣一種疾病使用同一種藥物，不同的個體對藥物的敏感性和毒性反應有很大的區別，這種區別主要由基因決定的,特別是藥物靶點基因、藥物代謝基因等的單核苷酸多態性，影響了藥物作用的強弱和藥物代謝的不同。10/6/202217影響CYP3A表達的SNP對藥物代謝產生不同作用10/6/202218疾病診斷藥物1藥物2藥物3疾病診斷藥物1藥物2藥物3藥物敏感性測定目前的疾病治療

4、將來的疾病治療10/6/2022194.人類功能基因組學研究 以全基因組為背景，開展人類基因及其編碼蛋白的功能研究。 目前雖然完成了絕大部分基因的序列分析，但約60%的人類基因的功能未知。目前認為人類有3.2萬個基因，其中1.5萬已知功能，1.7萬未知功能。 10/6/202220人類功能基因組學研究涉及眾多的新技術，包括生物信息學技術、生物芯片技術、轉基因和基因敲除技術、酵母雙雜交技術、基因表達譜系分析、蛋白質組學技術、高通量細胞篩選技術等。人類功能基因組學必須多學科協作生物信息學是人類功能基因組學研究的必要工具10/6/202221人類功能基因組計算機科學家生物化學家細胞生物學家結構生物學

5、家生理學家遺傳學家臨床和病理學家10/6/202222人類基因序列生物信息學重組蛋白質表達高通量生物活性篩選功能研究藥物靶標研究先導化合物篩選基因工程藥物開發化學新藥基因組藥物開發流程蛋白質序列基因治療10/6/202224人類基因組與生物技術產業一個人類基因有可能帶動和形成一個生物技術產業。 例如基因工程的胰島素、干擾素等基因的開發研究 基因組藥物、基因芯片、基因診斷、基因治療、實驗室儀器試劑、基因數據庫和分析軟件等10/6/20222510/6/202227基因組藥物的種類 1。基因工程重組蛋白質藥物 2。以人類基因編碼蛋白為靶標的化學藥物 3。以人類基因編碼蛋白為靶標的人源化抗體 4。反

6、義核酸類和RNA類藥物 5。基因治療10/6/202228國際新藥開發的三個浪潮基因組學 藥物靶標發現、反義治療、基因治療蛋白質組學 藥物靶標評價、藥物篩選、抗體治療、重組蛋白質治療分子設計 蛋白質結構確定、蛋白質工程、以結構為基礎的小分子藥物設計10/6/2022296.基因治療 將人類基因導入人體，糾正缺陷基因或輔助機體抵抗疾病。具有良好開發前景，但近期離產業化尚有距離。10/6/202230Ashanti de Silva, Now 13, was the first patient to be treated with gene therapy.重癥聯合免疫缺陷的基因治療 腺苷脫氨酶基

7、因治療(1990)10/6/2022317.生物信息學（Bioinformatics）生物信息學需要處理指數擴增的海量基因和蛋白質序列資料摩爾定律10/6/202232核酸序列的生物信息學分析結構域分析（基因組序列注釋）包括啟動子、轉錄因子結合序列、內含子、外顯子、重復序列、開放讀碼框架等。同源分析和檢索，包括Nr數據庫、EST數據庫、STS數據庫、Unigene數據庫、Swissprot數據庫、HTGS數據庫等。基因突變分析 包括EST數據庫，SNP數據庫等Data-mining 從基因數據庫發掘重要的功能基因10/6/202233蛋白質一級結構分析：結構特點分析，包括等電點、信號肽、穿膜區

8、、DNA結合序列等同源分析和檢索，包括Nr數據庫、Swissprot 數據庫等功能區分析，包括Prosite、Emotif、Identify分析等。10/6/202234蛋白質空間結構分析：蛋白質晶體結構數據庫檢索，如PDB數據庫。蛋白質空間結構預測，如Homology等軟件分析。10/6/202235人類功能基因研究的二級數據庫要求提供未知功能的靶基因cDNA、基因組DNA、編碼區蛋白質序列，應有EST序列的支持。提供蛋白質一級結構信息數據，包括等電點、穿膜區、核定位信號、DNA結合域、功能區、特殊結構分析結果等提供核酸和蛋白質序列同源性分析的結果（應定期更新）提供外顯子、內含子、啟動子等基

9、因組結構的圖譜提供表達譜分析10/6/202236cDNA序列Nr數據庫EST數據庫HGP數據庫Unigen數據庫SNP數據庫同源序列檢索 序列拼接；新剪切體分析基因組序列結構表達譜分析基因變異cDNA序列的數據庫分析10/6/2022378。蛋白質組學（Proteomics） 研究細胞或組織的基因組表達的全部蛋白質（表達蛋白質組學，Expression proteomics） 通過細胞內蛋白質復合物研究蛋白質與蛋白質的相互作用（細胞作圖蛋白質組學，Cell-map proteomics） 雙相電泳技術和質譜技術是蛋白質組學研究的最重要技術10/6/20223810/6/202239蛋白質2D

10、電泳分析10/6/2022409。結構基因組學 高通量的蛋白質三維結構分析，為蛋白質的功能研究和藥物設計提供基礎10/6/202241 10。模式生物和病原生物基因組學 對其它生物進行全基因組序列分析,開展比較基因組學（comparative genomics）研究。迄今至少已有5種真核生物，38種微生物完成全基因組序列分析10/6/202242模式生物的基因敲除 （Knock out） 小鼠、酵母、果蠅等生物 的基因敲除10/6/202243我國在人類基因組計劃中取得了重要成果，但在功能基因組研究中尚處滯后階段人類功能基因組研究必須多學科、多實驗室協作完成，必須吸引功能實驗室和臨床實驗室參加

11、對人類未知功能的基因進行系統性的功能和開發研究將成為我國生命科學知識創新和技術創新的新生長點我國在人類基因組計劃中的研究現狀10/6/202244北京大學人類疾病基因研究中心研究重點 人類基因的功能研究 疾病相關基因研究（以SNPs研究為主）首期啟動課題 33項功能基因組和疾病相關基因的課題 疾病DNA樣品庫的建立 病理組織標準化樣品庫的建立10/6/202245北大基因中心人類功能基因研究的部分成果1。促進凋亡的新基因TFAR192。抑制凋亡的新基因TFAR153。新的細胞因子CKLF1（chemokine-like factor 1）及其變異體 CKLF2、CKLF3、CKLF44。新細胞

12、因子CKLF-H1（CKLF Homolog 1）5。已知基因Thioredoxin的新變異體10/6/202246人類分泌蛋白二級數據庫的建立由于細胞因子、生長因子、蛋白質激素等具有重要功能及應用價值的生物學活性物質均為小分子的分泌蛋白質，從人類基因組中尋找未知功能的小分子分泌蛋白及編碼基因有可能發掘出新的細胞因子類生物活性物質，為進一步的功能研究和基因工程藥物的開發研究提供源頭創新的靶基因。10/6/20224710/6/202248新細胞因子cDNA克隆化策略10/6/202249細胞因子（Cytokine）：由機體各種細胞分泌的具有調控細胞生長分化、調節免疫功能和生理活性并參與病理反應

13、的小分子肽或蛋白質。 包括：白細胞介素 (IL) 集落刺激因子 (CSF) 腫瘤壞死因子 (TNF) 趨化因子 (Chemokine) 轉化生長因子- (TGF- ) 生長因子 (Growth Factor ) 干擾素 (IFN) 等10/6/2022501. 細胞因子的常規克隆化策略 活性篩選 發現細胞因子的活性線索細胞因子表達細胞 提取mRNA 逆轉錄成為cDNA 克隆化至真核表達載體 轉化大腸桿菌細胞因子活性篩選 鑒定10/6/202251 例1：IL-3 猴T細胞系UCD-144MLA，可刺激CML細胞增殖。提取UCD-144MLA細胞mRNA，構建含30000個克隆的cDNA 表達文

14、庫，提取質粒DNA，分成100份，每份200個克隆，分別轉染COS-7細胞，上清測定刺激活性，8份具有活性，其中只有1份不被抗GM-CSF抗體所抑制，進一步有限稀釋法篩選，獲得猴IL-3 cDNA，再經雜交篩選人的基因文庫，獲得人IL-3 序列（Cell 1986， 47：3，）。10/6/2022522.細胞因子產生細胞cDNA的大規模測序和生物信息學分析 細胞因子產生細胞cDNA文庫大規模隨即測序基因和蛋白數據庫同源性比較與已知細胞因子有同源性的克隆全長cDNA克隆化真核原核表達活性篩選鑒定10/6/202253 例1：MPIF（Myeloid Progenitor Inhibitory

15、Factor-1）： 從動脈內皮細胞cDNA文庫大規模隨機測序，發現其中之一編碼氨基酸與MIP-1 有51%同源性，昆蟲細胞表達蛋白具有趨化T細胞和單核巨噬細胞的活性，抑制骨髓細胞集落形成活性。（J. Exp. Med. 1997, 185:1163）。現已作為造血細胞保護劑進入II期臨床實驗。10/6/202254例2：新白細胞介素的克隆化10/6/202255國內第二軍醫大學曹雪濤，軍事醫學科學院賀福初，復旦大學余龍, 毛裕民等均利用此策略發現一些新細胞因子。10/6/2022563.染色體中細胞因子聚集區的大規模測序例1：17對染色體存在CC趨化因子Cluster，通過適當的YAC克隆測

16、序和生物信息學分析，克隆了MIP-4，與MIP-1有49.5%的同源性，趨化T細胞（Genomics 1999 Mar 15;56(3):296-302）例2：在7q11.23發現Eotaxin-3（JBC，1999，274：27975）10/6/2022574差異顯示技術克隆細胞因子 利用同一細胞在不同條件下表達細胞因子的差異克隆新細胞因子，例如T細胞活化前低表達細胞因子，活化后則高表達細胞因子，利用DD-PCR、RDA、SSH等技術可克隆T細胞活化后高表達的基因，其中可能含有新細胞因子cDNA。10/6/202258例：本實驗室克隆的CKLF1 利用IL-10為廣譜細胞因子抑制因子的特點，通過SSH技術克隆U937細胞被IL-10抑制的cDNA，發現新的細胞因子CKLF1（Chemokine-like factor 1，原名UCK-1，U937 derived chemokine-1）及其變異體CKLF2，3，4。CKLF1具有趨化效應、促進骨髓細胞集落形成效應和刺激骨骼肌細胞效應。10/6/2022595. EST（Expressed sequence tag）數據庫的生物信息學分析 例1：從公共的EST數據庫發現SCY