分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用課件

SunLikeFire1.分子生物學(xué)的概念2.分子生物學(xué)的內(nèi)容3.分子生物學(xué)的應(yīng)用4.寄語(yǔ)及參考文獻(xiàn)分子生物學(xué)（molecularbiology）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：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：偏重于生物大分子——核酸。

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)控遺傳信息的傳遞規(guī)律復(fù)制：DNA→DNA，RNA→RNA轉(zhuǎn)錄：DNA→初始轉(zhuǎn)錄本mRNARNA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：RNA→cDNA（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)律中心法則中三類遺傳信息的傳遞順序一般特殊未知DNA→DNARNA→DNA蛋白質(zhì)→DNADNA→RNARNA→RNA蛋白質(zhì)→RNARNA→蛋白質(zhì)DNA→蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)→蛋白質(zhì)

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)閉史?？v覽1940年P(guān)auling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JeromeLejeune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年發(fā)現(xiàn)癌基因。1978年美籍華裔科學(xué)家簡(jiǎn)悅威（KanYM）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。揭示生命活動(dòng)機(jī)制——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)正常生命活動(dòng)機(jī)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——決策人類疾病的發(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——決策對(duì)人類疾病機(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

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——決策對(duì)人類疾病機(jī)制探索的示例：囊腫性纖維化?。–F）揭示生命活動(dòng)機(jī)制——決策對(duì)人類疾病機(jī)制探索的示例：囊腫性纖維化病（CF）策略：將正常基因?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?；蛲ㄟ^(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)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因工程用于藥物的生產(chǎn)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)技術(shù)的發(fā)展——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)人類生長(zhǎng)激素位于hGH（E.coli.）第24個(gè)密碼子的HaeⅢ酶切位點(diǎn)被用來(lái)將一段編碼第1~23個(gè)氨基酸的合成DNA序列和一段編碼第24~191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)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因診斷臨床表現(xiàn)第一類實(shí)驗(yàn)室診斷技術(shù)第二類實(shí)驗(yàn)室診斷技術(shù)第三類實(shí)驗(yàn)室診斷技術(shù)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、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)技術(shù)的發(fā)展——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，僅供參考孩子們真是腦癱嗎？孩子們還有救嗎？分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展——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JohnFink診斷：多巴反應(yīng)性肌張力障礙治療：小劑量左旋多巴效果：癥狀顯著緩解好景不長(zhǎng)！注：圖片非當(dāng)事者，僅供參考分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因診斷案例：Beery夫婦和雙胞胎Noah（男）、Alexis（女）貝勒醫(yī)學(xué)院人類基因組測(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)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因診斷DNA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)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)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因診斷分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因診斷分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展——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)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因治療基因置換（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?；蛑脫Q基因組原有的缺陷基因。必要條件：對(duì)導(dǎo)入的基因及其產(chǎn)物有詳盡的了解；外來(lái)基因能有效地導(dǎo)入靶細(xì)胞；導(dǎo)入基因能在靶細(xì)胞中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在；導(dǎo)入基因能有適度水平的表達(dá)；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)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因治療基因添加（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。類型：針對(duì)特定的缺陷基因?qū)肫湎鄳?yīng)的正?；?qū)氚屑?xì)胞本來(lái)不表達(dá)的基因，利用其產(chǎn)物治療必要條件：對(duì)導(dǎo)入的基因及其產(chǎn)物有詳盡的了解；外來(lái)基因能有效地導(dǎo)入靶細(xì)胞；導(dǎo)入基因能在靶細(xì)胞中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在；導(dǎo)入基因能有適度水平的表達(dá)；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)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因治療基因干預(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、干擾RNA技術(shù)等分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因治療導(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)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因治療（實(shí)例）《選修3現(xiàn)代生物科技專題》P23分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展——實(shí)施基因治療表：適合于體細(xì)胞基因治療的人類疾病疾病靶細(xì)胞被傳染的基因血友病A肝、肌肉、骨髓細(xì)胞凝血因子Ⅷ血友病B成纖維細(xì)胞凝血因子Ⅸ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α-珠蛋白、β-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)造基因革命開(kāi)始時(shí)所預(yù)見(jiàn)的奇跡?！@個(gè)技術(shù)破解遺傳疾病宿命的潛力實(shí)在巨大，醫(yī)學(xué)界決不能放棄它。——JamesWatson通常，人們只看到事物的表面，并容易被眼前的困難嚇倒；而我