1第八章第八章组学研究及其临床应用组学研究及其临床应用Omicsresearch&itsclinicalapplicationOmics2理论上会发生什么理论上会发生什么可能会发生什么可能会发生什么正在发生什么正在发生什么人类基因组计划人类基因组计划(Humangenomeproject)3*1990/10/1启启动*参与国任参与国任务：美国美国54%英国英国34%日本日本6.8%德国德国2.2%法国法国2.8%中国中国1%人类基因组计划人类基因组计划-解读生命天书解读生命天书n24条染色体条染色体+线粒体基因；线粒体基因；30亿碱基对亿碱基对4人类基因组计划人类基因组计划(Humangenomeproject)5HPG:如何读懂这本天书？如何读懂这本天书？第一节第一节基因组学基因组学Genomics6基因基因 (Gene)(Gene)n基因（遗传因子）是具有遗传效应的DNA片段。7C值悖论值悖论(C-valueparadox)物种的物种的C值和它进化的复杂性之值和它进化的复杂性之间没有严格的对应关系间没有严格的对应关系8基因组基因组(genome)(genome)nGENeGENe + chromos + chromosOMEOMEn一个细胞（或病毒）所载的全部遗传信息，它代表了一一个细胞（或病毒）所载的全部遗传信息，它代表了一种生物所具有的全部遗传信息。种生物所具有的全部遗传信息。n( (真核真核) )基因组是指一套完整基因组是指一套完整单倍体单倍体DNADNA（染色体（染色体DNADNA）及）及线粒体或叶绿体线粒体或叶绿体DNADNA的全部序列，既有的全部序列，既有编码序列编码序列，也有大，也有大量存在的量存在的非编码序列非编码序列。 n人类基因组：人类基因组：2424条染色体（条染色体（2222条常染色体条常染色体+X+Y+X+Y）+ +线粒体线粒体DNADNA9基因组学基因组学(Genomics)n是阐明整个是阐明整个基因组的结构基因组的结构、结构与功能关系结构与功能关系以及以及基因之间基因之间相互作用相互作用的科学。的科学。 10一、基因组学概述一、基因组学概述基因组学包括：基因组学包括：结构基因组学结构基因组学(structuralgenomics)功能基因组学功能基因组学(functionalgenomics)比较基因组学比较基因组学(comparativegenomics)11二、结构基因组学的研究策略二、结构基因组学的研究策略结结构构基基因因组组学学(structuralgenomics)是是通通过过人人类类基基因组计划因组计划( (HGP)的实施来完成的。的实施来完成的。HGP的的内内容容: :高高分分辨辨率率的的人人类类遗遗传传图图和和物物理理图图，最最终终完完成成人人类类和和其其它它重重要要模模式式生生物物全全部部基基因因组组DNA序序列列测测定定，因因此此HGP属属于于结结构构基基因因组组学学范范畴。畴。1213基因组遗传标志基因组遗传标志n限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性(RFLP)n短串联重复序列短串联重复序列(STR,Shorttandemrepeat)n序列标签位点序列标签位点(STS,Sequence-taggedsite)n表达序列标签表达序列标签(EST,Expressedsequencetag)n单核苷酸多态性单核苷酸多态性(SNP,Singlenucleotidepolymorphism)14表达序列标签表达序列标签(Expressedsequencetag)EST15（一）人类基因组图谱（一）人类基因组图谱 n遗传图谱遗传图谱/ /连锁图连锁图谱谱(linkagemap)n物理图谱物理图谱n转录图谱转录图谱n序列图谱序列图谱161 1遗传图谱遗传图谱(geneticmap)n又称又称连锁图谱连锁图谱（linkagemap）n确定确定连锁的遗传标志位点连锁的遗传标志位点在一条染色体上的在一条染色体上的排列顺排列顺序序以及它们之间的以及它们之间的相对遗相对遗传距离传距离n厘摩尔根厘摩尔根(centi-Morgan，cM):当两个遗传标记当两个遗传标记之间的之间的重组值为重组值为1%时，时，图距即为图距即为1cM17(BeyerA,BandyopadhyayS&IdekerT,Nature Reviews Genetics,2007)RFLP，SNP遗传图谱的缺陷遗传图谱的缺陷分辨率有限分辨率有限精确性不够精确性不够交换是随机发生的交换是随机发生的基因组中有些区域是重组热点基因组中有些区域是重组热点倒位、重复等染色体结构变异会限制交换重组倒位、重复等染色体结构变异会限制交换重组182 2物理图谱物理图谱(Physicalmap)n以以序列标签位点序列标签位点(STS)作为作为定位标记定位标记n以以DNA实际长度即实际长度即bp、kb、Mb为图为图距的基因组图谱。距的基因组图谱。19人类部分染色体物理图谱人类部分染色体物理图谱20物理图谱作图法物理图谱作图法最主要的两种方法：最主要的两种方法：n荧光荧光原位杂交（原位杂交（FISH）n放射杂交法放射杂交法(RH法，法，Radiationhybridmap)n重叠群拼接重叠群拼接(Contigassembly)n染色体步移染色体步移(Chromosomewalking)n基因定位基因定位克隆克隆（Positionalcloning)n其他其他2122克隆作图克隆作图( (Clonebasedphysicalmap) )n基本策略：将基因组基本策略：将基因组DNA片段与载体整合进行克隆，片段与载体整合进行克隆，获得获得重叠克隆群重叠克隆群(Contigs)23n载体：载体：n自主复制原点自主复制原点n在宿主高效表达、在宿主高效表达、稳定遗传稳定遗传n多克隆位点多克隆位点n筛选标记筛选标记YACYAC载体载体(Yeastartificialchromosome)nYACYAC载体载体: : YAC YAC 即酵母人工染色体，具有酵母染色体的特即酵母人工染色体，具有酵母染色体的特性，以酵母细胞为宿主，能在酵母细胞中复制。性，以酵母细胞为宿主，能在酵母细胞中复制。nYACYAC载体可承载载体可承载1.4Mb1.4Mb的大片段的大片段DNADNA，是物理作图中最早利，是物理作图中最早利用的大片段用的大片段DNADNA载体。载体。24YAC载体的缺陷载体的缺陷l存在嵌合现象，即一存在嵌合现象，即一YAC克隆中插入子可能来自克隆中插入子可能来自两个或多个不同片段（嵌合克隆约占总克隆的两个或多个不同片段（嵌合克隆约占总克隆的5%50%）。l稳定性差，插入片段会出现缺失稳定性差，插入片段会出现缺失（deletion）和和基因重排（基因重排（rearrangement）现象。现象。lYAC染色体与宿主细胞的染色体大小相近，染色体与宿主细胞的染色体大小相近，插入插入片段的分离、纯化较困难，转化效率亦较低。片段的分离、纯化较困难，转化效率亦较低。25BAC载体载体(Bacterialartificialchromosome)n即细菌人工染色体，具有细菌染色体的特性，以即细菌人工染色体，具有细菌染色体的特性，以细菌细胞为宿主，能在细菌细胞中复制。细菌细胞为宿主，能在细菌细胞中复制。n可以承载约可以承载约300kb300kb的大片段的大片段DNADNA，是物理作图用得是物理作图用得最多的大片段最多的大片段DNADNA载体。载体。n优点：优点：n单拷贝复制，不会因重组发生嵌合；单拷贝复制，不会因重组发生嵌合；n插入插入DNADNA的的 提取简单，便于机械化操作。提取简单，便于机械化操作。26BACBAC载体的优点载体的优点u以大肠杆菌为宿主，转化效率高，提取方便以大肠杆菌为宿主，转化效率高，提取方便u插入片段较大（数插入片段较大（数kbkb 数百数百 kbkb）u遗传稳定，嵌合、重组少遗传稳定，嵌合、重组少uDNA单拷贝存在，适于传统菌落培养，可采用菌单拷贝存在，适于传统菌落培养，可采用菌落原位杂交筛选目的基因落原位杂交筛选目的基因u克隆位点两侧有克隆位点两侧有T7和和SP6启动子启动子，可制备，可制备RNA探探针或对插入片段测序针或对插入片段测序273 3、转录图谱、转录图谱 (Transcriptionalmap)n表达序列表达序列标签标签( (EST)：通过从：通过从cDNA文库中随机挑文库中随机挑取的克隆进行测序所获得的部分取的克隆进行测序所获得的部分cDNA的的5或或3端端序列序列，一般长，一般长300500bp左右。左右。n一般说，一般说，mRNA的的3端非翻译区端非翻译区(3-UTR)是代表每是代表每个基因的个基因的比较特异的序列比较特异的序列，将对应于，将对应于3-UTR的的EST序列进行序列进行RH(radiationhybridmap)定位，即可定位，即可构成由基因组成的序列标记位点构成由基因组成的序列标记位点STS图图2829表达序列标签表达序列标签(Expressedsequencetag)4 4、序列图谱、序列图谱 (Sequencemap)n染色体全部碱基序列染色体全部碱基序列n是具有最高分辨率的物理图谱是具有最高分辨率的物理图谱n可整合遗传图谱、物理图谱、转录图谱可整合遗传图谱、物理图谱、转录图谱30（二）大规模（二）大规模DNADNA测序测序 1BAC克隆系的构建是大规模克隆系的构建是大规模DNA测序的基础测序的基础312.2.鸟枪法鸟枪法是大规模是大规模DNADNA测序的重要方法测序的重要方法 步骤：步骤： 建立高度随机、插入片段大小为建立高度随机、插入片段大小为1.6 kb1.6 kb到到4 kb4 kb左右的基因组文库；左右的基因组文库； 高效、大规模的克隆双向测序；高效、大规模的克隆双向测序； 序列组装（序列组装（sequence assemblysequence assembly）：借）：借助软件将所测得的序列进行组装，产生一定数量助软件将所测得的序列进行组装，产生一定数量的相连重叠群；的相连重叠群； 缺口填补：利用引物延伸或其他方法对缺口填补：利用引物延伸或其他方法对BACBAC克隆中还存在的缺口进行填补。克隆中还存在的缺口进行填补。 32鸟枪法测序的原理与策略鸟枪法测序的原理与策略 333.3.高通量测序高通量测序n一代测序一代测序:MaxamGilbertSangern二代测序二代测序:PyrosequencingIlluminaSOLiDn三代测序三代测序:SinglemoleculeRealtimesequencing34（三）生物信息学预测基因组结构和功能（三）生物信息学预测基因组结构和功能 n美国国家生物技术信息中心美国国家生物技术信息中心(NationalCenterforBiotechnology,NCBI)http:/www.ncbi.nih.govnGenBank(http:/www.ncbi.nih.gov/Genbank):NIH的基因序列的基因序列数据库，含所有已知核苷酸及蛋白质序列、与之相关的生物数据库，含所有已知核苷酸及蛋白质序列、与之相关的生物学信息和参考文献，是世界上的权威序列数据库。学信息和参考文献，是世界上的权威序列数据库。n欧洲生物信息研究所（欧洲生物信息研究所（EBI，http:/ebi.ac.uk）n日本日本DNA数据库（数据库（DDBJ，http:/www.ddbj.nig.ac.jp）35三、功能基因组学研究策略三、功能基因组学研究策略功能基因组学：转录组学、功能基因组学：转录组学、RNARNA组学、蛋白质组学组学、蛋白质组学n主要研究：基因组的表达、基因组功能注释、基主要研究：基因组的表达、基因组功能注释、基因组表达调控网络及机制等。因组表达调控网络及机制等。n从整体水平上研究一种组织或细胞在同一时间或从整体水平上研究一种组织或细胞在同一时间或同一条件下所同一条件下所表达基因的种类、数量、功能及在表达基因的种类、数量、功能及在基因组中的定位基因组中的定位，或，或同一细胞在不同状态下基因同一细胞在不同状态下基因表达的差异表达的差异。 36（一）全基因组扫描鉴定（一）全基因组扫描鉴定DNADNA序列中的基因序列中的基因 （二）（二）BLASTBLAST等程序搜索同源基因等程序搜索同源基因 （三）设计实验验证基因功能（三）设计实验验证基因功能 3738基因表达谱基因表达谱(geneexpressionprofile)包括转录组图谱、蛋白质组图谱包括转录组图谱、蛋白质组图谱时空特异性、条件特异性时空特异性、条件特异性基因图谱基因图谱静态信息库静态信息库稳定、均一稳定、均一与细胞类型无关与细胞类型无关与发育阶段、生长条件无关与发育阶段、生长条件无关第二节第二节转录组学转录组学Transcriptomics39转录组转录组（transcriptome）指生命单元（通常）指生命单元（通常是一种细胞）所能转录出来的可是一种细胞）所能转录出来的可直接参与蛋白质直接参与蛋白质翻译的翻译的mRNA（编码（编码RNA）总和）总和，而其他所有，而其他所有非非编码编码RNA均可归为均可归为RNA组（组（RNome）。）。转录组学转录组学：在整体水平：在整体水平上研究细胞编码基因转录情上研究细胞编码基因转录情况及转录调控规律的科学。况及转录调控规律的科学。40转录组学（转录组学（Transcriptomics）一、转录组学研究一、转录组学研究mRNAmRNA的表达及功能的表达及功能 转录组学就是要阐明生物体或细胞在转录组学就是要阐明生物体或细胞在特定生理特定生理或病理状态或病理状态下表达的所有种类的下表达的所有种类的mRNA及其功能。及其功能。转录组学研究的侧重点：涉及基因转录的区域、转录组学研究的侧重点：涉及基因转录的区域、转录因子结合位点、染色质修饰点、转录因子结合位点、染色质修饰点、DNA甲基化位甲基化位点等。点等。41转录组研究的主要技术转录组研究的主要技术n微阵列（微阵列（microarray）n基因表达系列分析（基因表达系列分析（Serialanalysisofgeneexpression,SAGE）n大规模平行信号测序系统（大规模平行信号测序系统（MPSS）42二、二、RNARNA组学：研究非编码组学：研究非编码RNARNA的调控的调控 RNA组学组学(Rnomics)：研究：研究除除mRNA以外的小以外的小分子分子RNA的的种类种类、时空表达情况时空表达情况及及其生物学意义其生物学意义。小分子小分子RNA：snRNA、snoRNA、cirRNA,LncRNA、SncRNA,siRNA、miRNA等。等。小分子非编码小分子非编码RNA在转录和翻译、细胞分化和在转录和翻译、细胞分化和个体发育、遗传和表观遗传等生命活动中发挥重要个体发育、遗传和表观遗传等生命活动中发挥重要的组织和调控作用。的组织和调控作用。43第三节第三节蛋白质组学蛋白质组学Proteomics44蛋白质组学（蛋白质组学（proteomics）n以细胞、组织或机体在以细胞、组织或机体在特定时间和空间特定时间和空间上表达的上表达的所有蛋白质所有蛋白质即蛋白质组（即蛋白质组（proteome）为研究对象）为研究对象n细胞内细胞内动态动态变化的变化的蛋白质组成、表达水平与修饰蛋白质组成、表达水平与修饰状态状态n蛋白质之间的蛋白质之间的相互作用与联系相互作用与联系、蛋白质调控的规、蛋白质调控的规律律n又称为又称为全景式蛋白质表达谱全景式蛋白质表达谱（globalproteinexpressionprofile）分析。）分析。45蛋白质组学的研究内容蛋白质组学的研究内容n种类种类（蛋白质组全谱鉴定）（蛋白质组全谱鉴定）n表达量变化表达量变化（定量蛋白质组学）（定量蛋白质组学）n功能功能（功能蛋白质组学）（功能蛋白质组学）n蛋白质蛋白质相互作用相互作用（相互作用蛋白质组学）（相互作用蛋白质组学）n二维、三维、四维二维、三维、四维结构结构（结构蛋白质组学）（结构蛋白质组学）n翻译后修饰翻译后修饰（修饰蛋白质组学）（修饰蛋白质组学）46一、蛋白质组学研究内容一、蛋白质组学研究内容n蛋白质组蛋白质组表达模式表达模式的研究，即的研究，即结构蛋白质组学结构蛋白质组学(structuralproteomics)n蛋白质组蛋白质组功能模式功能模式的研究，即的研究，即功能蛋白质组学功能蛋白质组学(functionalproteomics)47（一）蛋白质鉴定（一）蛋白质鉴定n电泳电泳/2-DEn色谱色谱/质谱质谱n蛋白芯片蛋白芯片482-DESDS-PAGE（二）翻译后修饰（二）翻译后修饰n磷酸化磷酸化n糖基化糖基化n酶原激活酶原激活n乙酰乙酰化化n甲基甲基化化n泛泛素化素化n其他其他49（三）蛋白质功能研究（三）蛋白质功能研究n蛋白质的蛋白质的定位定位研究研究n蛋白质蛋白质表达水平表达水平研究研究n蛋白质蛋白质相互作用相互作用研究研究50蛋白质蛋白质表达表达定位研究定位研究51免疫荧光染色法免疫荧光染色法(Immunoflurescence)蛋白质相互作用研究蛋白质相互作用研究常用方法常用方法n酵母双杂交酵母双杂交(Yeasttwohybrid)nGSTpull-downn免疫共沉淀免疫共沉淀(Co-immunoprecipitation,Co-IP)n荧光共振能量转移荧光共振能量转移(Fluorescenceresonanceenergytransfer,FRET)52酵母双杂交酵母双杂交n“诱饵诱饵”蛋白蛋白X克隆至克隆至DNA-BD载体中，表达载体中，表达DNA-BD/X融合蛋白；融合蛋白；n待测试蛋白待测试蛋白Y克隆至克隆至AD载体中，表达载体中，表达AD/Y融合蛋白。融合蛋白。n一旦一旦X与与Y蛋白间有相互作用，则蛋白间有相互作用，则DNA-BD和和AD也随之被牵拉靠近，也随之被牵拉靠近，恢复行使功能，激活报告重组体基因的表达。恢复行使功能，激活报告重组体基因的表达。53Bindingdomain(BD)Activatingdomain(AD)GSTpull-down实验实验nGST(Glutathione-S-transferase谷胱苷肽巯基转移酶谷胱苷肽巯基转移酶)融合蛋白融合蛋白n谷胱甘肽亲和树脂可与谷胱甘肽亲和树脂可与GST结结合合nGST融合蛋白从目的蛋白溶液融合蛋白从目的蛋白溶液中捕获与之相互作用的目的蛋中捕获与之相互作用的目的蛋白白,蛋白结合物通过蛋白结合物通过SDS-PAGE电泳分析电泳分析,证实两种蛋白间的相证实两种蛋白间的相互作用或筛选相应的目的蛋白。互作用或筛选相应的目的蛋白。54免疫共沉淀免疫共沉淀(Co-Immunoprecipitation,Co-IP)n细胞在细胞在非变性条件非变性条件下裂解时，细胞内存在的许多下裂解时，细胞内存在的许多蛋白质蛋白质间蛋白质蛋白质间的相互作用的相互作用被保留了下来被保留了下来n用预先固化在用预先固化在argarosebeads上的蛋白质上的蛋白质A的抗体免疫沉淀的抗体免疫沉淀A蛋白，蛋白，与与A蛋白在体内结合的蛋白质蛋白在体内结合的蛋白质B也一起沉淀下来也一起沉淀下来n通过蛋白变性分离，对通过蛋白变性分离，对B蛋白进行检测，进而证明两者间的相互作蛋白进行检测，进而证明两者间的相互作用。用。55荧光共振能量转移（荧光共振能量转移（FRET）n当供体荧光分子的发射光谱与受体荧光分子的吸收光谱重叠，并且两个分子的距离在10nm范围以内时，就会发生一种非放射性的能量转移，使得供体的荧光强度比它单独存在时要低的多（荧光猝灭），而受体发射的荧光却大大增强（敏化荧光）。56青色荧光蛋白（青色荧光蛋白（cyanfluorescentprotein,CFP）黄色荧光蛋白（黄色荧光蛋白（yellowfluorescentprotein,YFP）二、蛋白质组学研究方法二、蛋白质组学研究方法三大基本支撑技术：三大基本支撑技术：n二维凝胶电泳（二维凝胶电泳（2-DE）技术）技术n质谱质谱(Massspectrometry,MS)技术技术n大大数据数据(Bigdata)、生物信息学、生物信息学(Bioinformatics)57液相色液相色谱质谱(Liquidchromatographytandemmassspectrometry,LC-MS/MS)蛋白质组学研究的主要技术路线蛋白质组学研究的主要技术路线以以2-DE分离为核心分离为核心的研究路线：混合蛋白首的研究路线：混合蛋白首先通过先通过2-DE分离，然后进行胶内酶解，再用质谱分离，然后进行胶内酶解，再用质谱进行鉴定。进行鉴定。以以色谱分离为核心色谱分离为核心的技术路线：混合蛋白先进的技术路线：混合蛋白先进行酶解，经色谱或多维色谱分离后，对肽段进行行酶解，经色谱或多维色谱分离后，对肽段进行串联质谱分析以实现蛋白的鉴定。串联质谱分析以实现蛋白的鉴定。58（一）二维电泳（一）二维电泳(2-DimentionalElectrophoresis)分离蛋白质组分离蛋白质组最基本的工具最基本的工具59原理原理:在高压在高压电场电场作用下电泳，利用蛋白质分子的作用下电泳，利用蛋白质分子的等等电点电点(pI)不同不同使蛋白质得以分离；使蛋白质得以分离；SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE），按），按分子量的大小分子量的大小进行分离。进行分离。60蛋蛋白白质质的的二二维维电电泳泳61（二）质谱技术（二）质谱技术(Massspectrometry,MS)1肽质量指纹图谱肽质量指纹图谱鉴定蛋白质鉴定蛋白质2串联质谱串联质谱鉴定蛋白质鉴定蛋白质蛋白质经过酶解成肽段后，获得所有肽段的分子质量，蛋白质经过酶解成肽段后，获得所有肽段的分子质量，形成一个形成一个特异的肽质量指纹图谱特异的肽质量指纹图谱（PMF），通过数据库搜），通过数据库搜索与比对，便可确定待分析蛋白质分子的性质。索与比对，便可确定待分析蛋白质分子的性质。用用PMF方法不能鉴定的蛋白质可通过质谱技术获得该方法不能鉴定的蛋白质可通过质谱技术获得该蛋白质一段或数段多肽的蛋白质一段或数段多肽的串联质谱（串联质谱（MS/MS）信息并通过信息并通过数据库检索来鉴定该蛋白质。数据库检索来鉴定该蛋白质。6263液相色液相色谱串串联质谱(Liquidchromatographytandemmassspectrometry,LC-MS/MS)6465蛋蛋白白质质的的质质谱谱分分析析（三）蛋白质芯片（三）蛋白质芯片n一种高通量的蛋白功能分一种高通量的蛋白功能分析技术析技术n用于蛋白质表达谱分析、用于蛋白质表达谱分析、蛋白质与蛋白质的相互作蛋白质与蛋白质的相互作用、用、DNA蛋白质、蛋白质、RNA蛋白质的相互作用蛋白质的相互作用n筛选药物作用的蛋白靶点筛选药物作用的蛋白靶点n其他其他66（四）蛋白质组学研究相关的数据库（四）蛋白质组学研究相关的数据库 n蛋白序列数据库（蛋白序列数据库（SWISS-PROT/TrEMBL；http:/www.expasy.ch/）n基因序列数据库（基因序列数据库（GenBank，EMBL；http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/，http:/www.ebi.ac.uk/）n蛋白质模式数据库（蛋白质模式数据库（Prosite；http:/www.expasy.ch/sprot/prosite.html）n蛋白质二维凝胶电泳数据库、蛋白质三维结构数据库蛋白质二维凝胶电泳数据库、蛋白质三维结构数据库（PDB，http:/www.pdb.bnl.gov/；FSSP，http:/www.embl-ebi.ac.uk）n蛋白翻译后修饰数据库（蛋白翻译后修饰数据库（O-GLYCBASE，http:/www.cbs.dtu.dk/databases/OGLYCBASE）67第四节第四节代谢组学代谢组学Metabolomics/Metabonomics68代谢组学（代谢组学（metabonomics）n测定一个生物测定一个生物/细胞中所有的小分子细胞中所有的小分子组成，描绘其组成，描绘其动态变化规律，建立系统代谢图谱，并确定这些动态变化规律，建立系统代谢图谱，并确定这些变化与生物过程的联系。变化与生物过程的联系。69细胞内代谢物组学细胞内代谢物组学(Metabolomics)动物体液、组织中代谢物组学动物体液、组织中代谢物组学(Metabonomics)代谢组学（代谢组学（metabonomics）70TheHumanMetabolomeDatabase(HMDB)V3.6Thedatabasecontains41,993metaboliteentries(water-solubleandlipidsolublemetabolitesAbundant(1uM)orrelativelyrare(1nM).5,701proteinsequencesarelinkedtothesemetaboliteentries.一、代谢组学研究体系一、代谢组学研究体系分析生物分析生物/细胞细胞代谢产物的全貌代谢产物的全貌四个层次：四个层次：n代谢物代谢物靶标靶标分析：对某个或某几个特定组分的分析：对某个或某几个特定组分的分析；分析；n代谢谱代谢谱分析：对一系列预先设定的目标代谢物分析：对一系列预先设定的目标代谢物进行定量分析；进行定量分析；n代谢代谢组学组学：对某一生物或细胞所有代谢物进行：对某一生物或细胞所有代谢物进行定性和定量分析；定性和定量分析；n代谢代谢指纹指纹分析：不分离鉴定具体单一组分，而分析：不分离鉴定具体单一组分，而是对代谢物是对代谢物整体进行高通量的定性分析整体进行高通量的定性分析。71代谢组学研究对象代谢组学研究对象n主要以主要以生物体生物体液液为研究对象，为研究对象，如血样、尿样如血样、尿样等等n完整的完整的组织样组织样品、组织提取品、组织提取液液或或细胞培养细胞培养液液72（ImagefromUCDavis)二、代谢组学的主要分析工具二、代谢组学的主要分析工具 n核磁共振（核磁共振（NMR）：是当前代谢组学研究中的主要技）：是当前代谢组学研究中的主要技术。常用的是氢谱（术。常用的是氢谱（1H-NMR）、碳谱（）、碳谱（13C-NMR）及磷谱（及磷谱（31P-NMR）；）；n质谱（质谱（MS）：按）：按质荷比质荷比（m/z）进行各种代谢物的）进行各种代谢物的定定性或定量性或定量分析，可得到相应的代谢产物谱；分析，可得到相应的代谢产物谱；n色谱色谱-质谱质谱联用技术：这种联用技术使样品的联用技术：这种联用技术使样品的分离、定分离、定性、定量性、定量一次完成，具有较高的灵敏度和选择性。一次完成，具有较高的灵敏度和选择性。n气相色谱气相色谱-质谱联用（质谱联用（GC-MS）n液相色谱液相色谱-质谱联用（质谱联用（LC-MS/MS）73代谢组学研究的技术系统及手段代谢组学研究的技术系统及手段 74第五节第五节组学的临床应用组学的临床应用75一、疾病基因组学一、疾病基因组学（一）（一）定位克隆技术定位克隆技术是是发现和鉴定疾病基因发现和鉴定疾病基因的手段的手段定位候选克隆定位候选克隆是将是将疾病相关位点疾病相关位点定位定位于某一染于某一染色体色体区域区域后，根据该区域的基因、后，根据该区域的基因、EST或模式生物或模式生物所对应的同源区的已知信息，直接进行所对应的同源区的已知信息，直接进行基因突变筛基因突变筛查查，经过多次重复，可最终，经过多次重复，可最终确定疾病相关基因确定疾病相关基因。76（二）（二）SNPsSNPs是疾病易感性的重要遗传学基础是疾病易感性的重要遗传学基础 n疾病基因组学疾病基因组学:在在全基因组全基因组SNPs制图制图基础上，通基础上，通过比较过比较病人病人和和对照人群之间对照人群之间SNPs的差异的差异，鉴定，鉴定与与疾病相关的疾病相关的SNPs(疾病疾病易感人群易感人群的的遗传学背景遗传学背景，为疾病的诊治提供新的理论基础。为疾病的诊治提供新的理论基础。77ImagefromUofUtah（三）（三）RFLPRFLPn血友病甲血友病甲(因子因子缺乏症缺乏症)，性连锁遗传疾病，女，性连锁遗传疾病，女性传递，男性发病。性传递，男性发病。78二、药物基因组二、药物基因组(pharmacogenomics)功能基因组学与分子药理学的有机结合功能基因组学与分子药理学的有机结合以以药物效应及安全性药物效应及安全性为目标，研究各种为目标，研究各种基因突变基因突变与药效及安全性的关系与药效及安全性的关系79药物基因组药物基因组药物效应及安全性药物效应及安全性80（一）（一）预测药物反应性预测药物反应性并指导并指导个体化用药个体化用药（二）药物基因组学的基础：基因多态性（二）药物基因组学的基础：基因多态性（三）研究策略：鉴定基因序列的变异（三）研究策略：鉴定基因序列的变异81药物基因组学药物基因组学82三、蛋白质组学三、蛋白质组学（一）（一）疾病相关蛋白质组学：疾病相关蛋白质组学：发现和验证药物新靶点的有效途径发现和验证药物新靶点的有效途径（二）（二）耐药病原体的蛋白质组学：耐药病原体的蛋白质组学：为新一代抗生素的发现提供新的契机为新一代抗生素的发现提供新的契机（三）（三）药物设计靶点的寻找：药物设计靶点的寻找：疾病相关信号传导分子和途径分子疾病相关信号传导分子和途径分子8384蛋白质组学的应用蛋白质组学的应用85Thanks