基因與疾病人類基因組計(jì)劃要用

基因與疾病人類基因組計(jì)劃要用第1頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

從基因的角度重新認(rèn)識(shí)疾病，運(yùn)用基因技術(shù)預(yù)防和治療疾病、鑒定身份，器官再造，運(yùn)用基因技術(shù)防止新生兒疾病甚至設(shè)計(jì)更加“完美”的新生兒，培育新的動(dòng)植物品種……分子醫(yī)學(xué)第2頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分子醫(yī)學(xué)的基本內(nèi)容:Ⅰ疾病的分子機(jī)理一、基因結(jié)構(gòu)異常

二、癌基因與抑癌基因Ⅱ疾病的基因診斷

Ⅲ疾病的基因治療

第3頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

Ⅰ疾病的分子機(jī)理

1949年波林發(fā)現(xiàn)鐮刀型細(xì)胞貧血癥（病人的紅血細(xì)胞為鐮刀形）與血紅蛋白結(jié)構(gòu)異常相關(guān)，根據(jù)雜交原理應(yīng)用限制性酶切圖譜分析，其病因是密碼子GAG突變?yōu)镚TG。

第4頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、基因結(jié)構(gòu)變異疾病的分子機(jī)制（一）基因突變基因組DNA分子在結(jié)構(gòu)上發(fā)生核酸序列或數(shù)目的改變?！蛔冾l率明顯高于平均數(shù)突變熱點(diǎn)（Hotspotsofmutation）

▲突變頻率明顯低于平均數(shù)保守區(qū)

第5頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.自發(fā)性損傷指DNA復(fù)制時(shí)自發(fā)錯(cuò)配。2.突變劑指能引起基因錯(cuò)配、缺失、損傷的各種化學(xué)、物理、生物的因素。疾病的分子機(jī)制（二）、基因突變的原因

基因突變?cè)蚍诸愖园l(fā)突變誘發(fā)突變第6頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.堿基置換突變■概念一個(gè)堿基被另一堿基取代而造成的突變。（三）、基因突變的類型疾病的分子機(jī)制基因突變類型染色體錯(cuò)誤配和不等交換堿基置換突變移碼突變和整碼突變第7頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

▲轉(zhuǎn)換(Transition)：嘌呤與嘌呤或嘧啶與嘧啶之間的置換。

▲顛換(Transversion)：嘌呤與嘧啶之間的置換。疾病的分子機(jī)制

■同義突變（Same-senseorsynonymousmutation）單個(gè)堿基置換后，改變前后密碼子所編碼的氨基酸一樣。

DNA┄GCA

┄┄GCG

┄

┄GCC

┄

轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄

mRNA┄CGU┄

┄CGC┄┄CGG┄

翻譯翻譯翻譯多肽鏈┄精氨酸┄┄精氨酸┄┄精氨酸┄TransitionA←GTransversionG→C【Forexample】Ⅴ第8頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

【Forexample】

DNA┄ACG

┄┄ATG┄

┄AAG┄

轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄

mRNA┄UGC┄

┄UAC┄┄UUC┄

翻譯翻譯翻譯多肽鏈┄半胱氨酸┄┄酪氨酸┄┄苯丙氨酸┄TransitionC←TTransversionT→A

如錯(cuò)義突變不影響蛋白質(zhì)或酶的生物活性，不出現(xiàn)明顯的表型改變（效應(yīng)），稱為中性突變（Neutralmutation）。

■錯(cuò)義突變（Missensemutation）

DNA分子中的核苷酸置換導(dǎo)致合成的多肽鏈中一個(gè)氨基酸被另一氨基酸所取代。疾病的分子機(jī)制第9頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

■無(wú)義突變（nonsensemutation）單個(gè)堿基置換導(dǎo)致終止密碼子（UAG、UAA、UGA）提前出現(xiàn)。疾的分子機(jī)制

■終止密碼突變

DNA分子中一個(gè)終止密碼子發(fā)生突變形成延長(zhǎng)的異常肽鏈。疾病的分子機(jī)制第10頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四疾病的分子機(jī)制

■抑制基因突變（Suppressorgenemutation）在基因內(nèi)部不同位置上的不同堿基發(fā)生了兩次突變，其中一次抑制了另一次突變的遺傳效應(yīng)。【Forexample】

單純

6谷→纈，產(chǎn)生HbS病，造成死亡。第6位谷→纈，第73位天冬氨酸→天冬酰胺；

HbHarlem臨床癥狀較輕，其原因是73突變抑制了6

突變的有害效應(yīng)。HbHarlem是β鏈第11頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.移碼突變和整碼突變（Frame-shift&codonmutation）

■移碼突變（Frame-shiftmutation）

DNA鏈上插入或丟失1個(gè)、2個(gè)甚至多個(gè)（但不包括三個(gè)或其倍數(shù)）堿基，導(dǎo)致在插入或丟失堿基部位以后的編碼都發(fā)生了相應(yīng)改變。疾病的分子機(jī)制

3.染色體錯(cuò)誤配和不等交換（Mispairedsynapsisandunequalcrossing-over）

■整碼突變（Codonmutation）如插入或丟失部位的前后氨基酸順序不變。第12頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、癌基因、抑癌基因癌基因：指具有致癌能力或致癌潛能的基因的總稱。它是細(xì)胞內(nèi)總體遺傳物質(zhì)的組成部分。當(dāng)其受到致癌因素作用被活化并發(fā)生異常時(shí)，則導(dǎo)致細(xì)胞癌變。病毒癌基因；細(xì)胞癌基因癌基因的名稱一般用3個(gè)斜體小寫字母表示，如myc、ras、src等。抑癌基因：抑制細(xì)胞過(guò)度生長(zhǎng)、增殖從而遏制腫瘤形成的基因。第13頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四意大利裔美國(guó)病毒學(xué)家R·杜爾貝科20世紀(jì)60年代初發(fā)現(xiàn)：致癌病毒會(huì)把自身攜帶的DNA片斷整合到宿主細(xì)胞的DNA上，在宿主細(xì)胞核內(nèi)形成新的DNA。新的DNA上的一些來(lái)自致癌病毒的基因，會(huì)使細(xì)胞（這時(shí)宿主細(xì)胞已成為癌細(xì)胞）瘋狂地增殖，導(dǎo)致腫瘤的產(chǎn)生。美國(guó)病毒學(xué)家H·特明、美國(guó)病毒學(xué)家和生物化學(xué)家D·巴爾的摩都曾是杜爾貝科的學(xué)生。1970年，特明與巴爾的摩發(fā)現(xiàn)在RNA致癌病毒中存在著一種“逆轉(zhuǎn)錄酶”，在它的作用下，可以將RNA逆轉(zhuǎn)錄成為DNA。這就解釋了RNA病毒的致癌機(jī)理。由于上述成果，杜爾貝科、特明與巴爾的摩師生三人共同榮獲1975年諾貝爾生理或?qū)W醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。第14頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1976年，美國(guó)生物化學(xué)家、病毒學(xué)家J·M·畢曉普和美國(guó)微生物學(xué)家、病毒學(xué)家H·E·瓦慕斯發(fā)現(xiàn)許多動(dòng)物包括人類與生俱來(lái)就帶著癌癥的種子——原癌基因（即原致癌基因），而且數(shù)量相當(dāng)驚人。這一發(fā)現(xiàn)引起人們的恐慌，許多實(shí)驗(yàn)室紛紛投入實(shí)驗(yàn)，企圖否定這一發(fā)現(xiàn)，然而結(jié)果卻使人們不得不相信他們的發(fā)現(xiàn)是正確的。由于發(fā)現(xiàn)動(dòng)物體內(nèi)的“原癌基因”，畢曉普和瓦慕斯共同榮獲1989年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。第15頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

美國(guó)畢曉普和瓦慕斯等人的研究表明：動(dòng)物體內(nèi)的癌基因不是來(lái)自病毒，而是由于在動(dòng)物的正常細(xì)胞基因中本來(lái)就存在一個(gè)龐大的癌基因族，正常情況下這些原癌基因是不活躍的，但當(dāng)受到病毒入侵或遇到物理、化學(xué)等因素作用時(shí)，就可能被激活，突變?yōu)榘┗?。這也就解釋了化學(xué)污染、吸煙、放射線輻射等因素致癌的原因。

第16頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）原癌基因的特點(diǎn)1、廣泛存在2、高度保守3、是細(xì)胞的必需基因，有重要作用4、結(jié)構(gòu)異?；虮磉_(dá)失控引起細(xì)胞惡變第17頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）癌基因活化的機(jī)制1、獲得啟動(dòng)子與增強(qiáng)子2、基因易位3、原癌基因擴(kuò)增4、點(diǎn)突變第18頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）原癌基因的產(chǎn)物與功能原癌基因的產(chǎn)物1、生長(zhǎng)因子：PDGF、EGF、TGF-22、生長(zhǎng)因子受體3、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)體4、核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子第19頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

美國(guó)前副總統(tǒng)漢弗萊<Humphrey)在1967年發(fā)現(xiàn)膀胱內(nèi)有一腫物，病理切片未發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞良性“慢性增生性囊腫”，未進(jìn)行手術(shù)治療。九年后，他被診斷為患有“膀朧癌”，兩年后死于該病。

第20頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1994年，研究者用靈敏的PCR技術(shù)對(duì)上述漢弗萊1967年的病理切片進(jìn)行了P53抑癌基因檢查，發(fā)現(xiàn)那時(shí)的組織細(xì)胞雖然在形態(tài)上還沒有表現(xiàn)出惡性變化，但其P53基因的第227個(gè)密碼子已經(jīng)發(fā)生了一個(gè)核苷酸的突變。就是這個(gè)基因的微小變化，使其抑癌功能受損，導(dǎo)致九年后細(xì)胞癌變的發(fā)生。這說(shuō)明，在典型癥狀出現(xiàn)之前的很長(zhǎng)時(shí)間，細(xì)胞癌變的信息已經(jīng)在基因上表現(xiàn)出來(lái)了.第21頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第22頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

Ⅱ疾病的基因診斷

從廣義上講，大多數(shù)疾病都可以從遺傳物質(zhì)的變化中尋找出原因。而從技術(shù)上看，只要找到了與疾病相關(guān)的基因，基因診斷便立即可以實(shí)現(xiàn)。隨著“人類基因組計(jì)劃”的進(jìn)程，將大大加快疾病相關(guān)基因的發(fā)現(xiàn)與克隆，基因診斷將成為疾病診斷的常規(guī)方法。

單基因疾病的診斷：一般可在臨床癥狀出現(xiàn)之前作出診斷，不依賴臨床表型；有遺傳傾向的疾?。阂赘谢虻暮Y查，如高血壓，冠心病，肥胖等。

外源性病源體：如病毒、細(xì)菌、寄生蟲等引起的傳染病，

第23頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、基因鑒定技術(shù)

人體細(xì)胞有總數(shù)約為30億個(gè)堿基對(duì)的DNA，每個(gè)人的DNA都不完全相同，人與人之間不同的堿基對(duì)數(shù)目達(dá)幾百萬(wàn)之多。所謂“DNA指紋”，就是把DNA作為像指紋那樣的獨(dú)特特征來(lái)識(shí)別不同的人。由于DNA是遺傳物質(zhì)，因此通過(guò)對(duì)DNA鑒定還可以判斷兩個(gè)人之間的親緣關(guān)系。

DNA鑒定技術(shù)是英國(guó)遺傳學(xué)家A·J·杰弗里斯（1950－）在1984年發(fā)明的。由于人體各部位的細(xì)胞都有相同的DNA，因此可以通過(guò)檢查血跡、毛發(fā)、唾液等判明身分。第24頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、基因芯片（Genechip）

基因芯片又稱DNA芯片或DNA微陣列。它高度集成成千上萬(wàn)的網(wǎng)格狀密集排列的核酸分子（也叫分子探針）。它的出現(xiàn)給分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)新的革命，成為后基因時(shí)代最重要的基因功能分析技術(shù)之一。第25頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第26頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四DNA微點(diǎn)陣已廣泛和流行的用于疾病診斷、基因組比較、以及新型癌癥的分類。第27頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，