免疫組學課件

免疫組學2024/1/62課程介紹課程安排:理論課授課對象：主要面向碩士研究生考試安排：5道問答題參考資料：課件、參考書、參考文獻

user:classpwd:class2024/1/63本次課程內容免疫學導言概念;中心法則;免疫系統(tǒng);免疫細胞；分子免疫學免疫組學概念；主要研究內容2024/1/64免疫學導言1。免疫學概念

Immunitas

–

Latinmeaning“exempt”:免除勞役或稅賦研究機體抵抗疾?。庖吡Γ┑目茖W

2024/1/65與人類健康相關的很多疾病與免疫系統(tǒng)密切相關：感染、自身免疫病、腫瘤、變態(tài)反應、心血管病、神經系統(tǒng)疾病等。2024/1/66免疫相關疾病發(fā)生的三個條件FathmanDiseases2024/1/67疫苗和抗體的應用標志著免疫學對促進人類健康的巨大貢獻AIDS、SARS、禽流感、甲型H1N1流感及新的突發(fā)傳染病的威脅對當代免疫學的產生重要影響人類基因組計劃的完成推動了當代免疫學發(fā)展，形成免疫組學（Immunomics）研究的新領域。2024/1/68

2。免疫學的中心法則:

識別“自己”（Self）

“非己”（Nonself）2024/1/693。免疫系統(tǒng)（Immunesystem）免疫系統(tǒng)歷經數(shù)億年的進化，形成復雜的精細調控系統(tǒng)，發(fā)揮機體的軍隊和警察的作用，參與：防御(defence)、自穩(wěn)(hemeostasis)、監(jiān)視(surveillance)2024/1/610免疫系統(tǒng)的組成

2024/1/611免疫系統(tǒng)的功能2024/1/612免疫系統(tǒng)的兩道防線天然(固有)免疫（InnateImmunity）

機體天然存在直接抵抗外來侵襲的免疫系統(tǒng)，包括皮膚粘膜、吞噬細胞、NK細胞、補體、模式識別受體等。2024/1/6132024/1/614獲得性免疫（AdaptiveImmunity）機體特異性識別和排除抗原的免疫系統(tǒng)，具有記憶性的特點，包括T、B細胞、抗體等2024/1/615HumoralImmunity&CellularImmunity2024/1/616免疫細胞2024/1/617BCells-PlasmaCells2024/1/618CytotoxicTCell(CD8+)

Thekissofdeath細胞毒性T細胞（Tc，CytotoxicTcell；CTL，CytotoxityTlymphocyte）：具有特異性殺傷靶細胞作用的T細胞2024/1/619HelperTCells(CD4+)輔助性T細胞：具有輔助免疫細胞行使功能作用的T細胞（Th)2024/1/620Th1-Th2細胞2024/1/621

調節(jié)性T細胞（Tr，Tregulatorycell）

CD4+CD25+Foxp3+，參與免疫應答的負調節(jié)和免疫耐受2024/1/622Th17cells

產生白細胞介素17（IL-17）的CD4+T細胞,在自身免疫性疾病中發(fā)揮重要作用2024/1/623Th細胞的新分類2024/1/6242024/1/625Naturalkillercells2024/1/6262024/1/627樹突狀細胞（Dendriticcell，DC）

形態(tài)學呈現(xiàn)多分枝形狀，具有抗原呈遞功能的細胞。2024/1/6282010年美國FAD批準的前列腺癌樹突狀細胞治療劑Provenge

2024/1/629

單核巨噬細胞（Monocyte-macrophage，Mφ）參與天然免疫，具有吞噬功能的白細胞，存在血中為單核細胞，游走到組織為巨噬細胞。

Mononuclearcell：單個核細胞（Mφ+Ly）2024/1/6302024/1/631

4。分子免疫學(MolecularImmunology)

從核酸和蛋白質的分子水平上探討免疫調節(jié)的機理，為免疫分子的臨床應用奠定基礎.2024/1/632

分子免疫學發(fā)展的三個時期：1）60年代-70年代末：蛋白質化學2）80年代初到90年代末：分子生物學3）2000年起：基因組學和免疫組學2024/1/633

免疫組學（Immunomics）

2024/1/634免疫組（Immunome）：免疫系統(tǒng)的全套分子免疫組學（Immunomics):利用組學（omics)技術研究免疫系統(tǒng)的全套分子庫(repertoires)、它們的作用靶分子及其功能。免疫組學（Immunomics）=免疫基因組學（Immunogenomics）+免疫蛋白質組學（Immunoproteomics）+免疫信息學（Immunoinformatics）

1。免疫組學概念2024/1/635免疫組學和免疫組的概念最早是在1999年由Pederson教授在奧斯陸舉行的自身免疫國際會議上首次提出，但當時的免疫組學定義只局限于研究抗體和TCR。隨著人類基因組計劃完成，免疫組學概念已經擴展到免疫系統(tǒng)全套分子。

2024/1/636人類免疫系統(tǒng)驚人的多樣性>1013MHCClassI單體型>109

αβ-TCR&>105

λδ-TCR1011

線性抗原表位(Epitope)>>1011構象型抗原表位>1011-12抗體多樣性2024/1/637GenomicsvsImmunonics基因組和蛋白質組:25000個基因編碼約100萬蛋白免疫組:

人類1000-3000個免疫相關基因編碼>1013

不同序列的蛋白，其中的抗體、T細胞抗原受體（TCR）、主要組織相容性復合體（MHC）具有高度多樣性和多態(tài)性2024/1/638免疫組學強調在基因組學和蛋白質組學研究的基礎上，充分利用生物信息學、生物芯片、系統(tǒng)生物學、結構生物學、高通量篩選等技術，大規(guī)模開展免疫系統(tǒng)和免疫應答分子機理研究，發(fā)現(xiàn)新的免疫分子，為全面系統(tǒng)了解免疫系統(tǒng)和免疫應答提供基礎。

2024/1/639在澳大利亞成立了國際免疫組學會（TheInternationalImmunomicsSociety，IIMMS）已經出版了免疫組研究雜志（ImmunomeResearch）2004年10月：第一屆國際基礎與臨床免疫基因組學會議2006年10月：召開第二屆會議，更名為“免疫基因組學和免疫組學大會”

CellImmunol2006,Volume244,Issue22024/1/640HudsonAlpha—NatureConferenceonImmunogenomics

October1-3,2012,TheJacksonCenter,Huntsville,AL,USA

Large-scaleimmunesequencingprojectsoftherepertoireofT-andB-celldiversity,andclinicalimplicationsEpigeneticsandtheimmunesystemDevelopmentallineageofimmunecellsGeneticandenvironmentalcontributionstoautoimmunityDrugdevelopmentforautoimmuneconditionsPharmacogenomicsandtheimmuneresponseGeneregulationandcell-typeidentityHigh-resolutiontranscriptomeanalyses2024/1/641

免疫功能基因組學免疫疾病基因組學腫瘤免疫組學病原體免疫組學基于基因組的新型免疫藥物免疫信息學

……2。免疫組學的主要研究內容2024/1/642

以全基因組為背景，開展人類免疫相關基因及其編碼蛋白的功能研究。免疫功能基因組學2024/1/6432024/1/6431990年啟動人類基因組計劃；2000年完成了人類基因組的工作框架圖；2003年完成精細圖;2006年完成全部染色體的注釋。2024/1/6442024/1/6442013年報道的H-InvDB的統(tǒng)計:已注釋35,631個人類蛋白編碼基因,有文獻支持功能研究的基因只有16,128個

人類基因組有多少免疫基因？TheImmunologyDatabaseandAnalysisPortal(ImmPort)

數(shù)據(jù)庫納入5973個基因/immportWeb/queryref/referenceHomePage.do2024/1/6452024/1/646Cambridge大學的免疫基因相關信息數(shù)據(jù)庫（TheImmunogeneticRelatedInformationSource，IRIS）包括1562基因，大約代表7%人類基因組基因。實際免疫相關基因數(shù)量應該至少1倍以上。KelleyJetal:Genomics.2005，85:5032024/1/647芬蘭Tampere大學的Immunome數(shù)據(jù)庫收錄893個免疫基因(http://bioinf.uta.fi/Immunome/):OrtutayC,VihinenM.Immunomeknowledgebase(IKB):anintegratedserviceforimmunomeresearch.BMCImmunol.2009Jan9;10:3.2024/1/648功能基因組研究策略傳統(tǒng)生物學策略生物活性蛋白質基因細胞動物模型人體內功能及與疾病關聯(lián)反向生物學策略DNA

蛋白質細胞動物模型人體內功能及與疾病關聯(lián)疾病標本DNA致病基因或易感基因分析蛋白質細胞動物模型人體內功能及與疾病關聯(lián)2024/1/649

如何發(fā)現(xiàn)新的免疫分子？

1。免疫分子序列同源性分析和基因Cluster分析

2。免疫細胞基因和蛋白表達譜分析

3。免疫相關疾病的易感基因或致病基因分析

4。利用免疫細胞篩選模型，開展基因表達文庫或RNAi文庫的功能篩選2024/1/650新的白細胞介素列表（IL19-IL38)2024/1/651細胞篩選技術生物信息學基因芯片酵母雙雜交蛋白質組學結構基因組學動物體內實驗基因敲除轉基因小鼠功能研究藥物開發(fā)研究其它應用研究免疫細胞篩選技術在發(fā)現(xiàn)免疫分子研究的重要位置2024/1/6522024/1/653High-throughputscreeningsystembasedon“Luc”2024/1/654High-throughputscreeningsystembasedon“GFP”2024/1/655High-throughputscreeningsystem2024/1/656

利用組學技術研究單基因遺傳性免疫疾病和多基因相關的復雜性免疫疾病。免疫疾病基因組學2024/1/657

單基因遺傳病(monogenicdisease)是單一的基因缺陷或突變導致的疾病。例如血友病、囊性肺纖維化、重癥聯(lián)合免疫缺陷，地中海貧血等，有數(shù)千種類型。其特征是有明顯的家系發(fā)病規(guī)律。單基因遺傳病的發(fā)病率很低，但種類多，在出生的活嬰中的總體發(fā)病率可高達3.6/1000

通過致病基因檢測,可以進行產前診斷2024/1/658免疫系統(tǒng)的單基因遺傳病舉例2024/1/659利用遺傳病家系進行致病基因連鎖分析2024/1/660人類基因組計劃明顯促進單基因遺傳病研究技術的發(fā)展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(fā)現(xiàn)新的致病基因。目前我國已經在北京、上海、長沙等地建立了多個人類遺傳資源庫遺傳病的產前診斷技術發(fā)展前景看好，但我國的該產業(yè)發(fā)展仍存在一系列問題。2024/1/661我國在國際上首次發(fā)現(xiàn)的部分致病基因

高頻性耳聾致病基因（湘雅）遺傳性乳光牙本質致病基因（醫(yī)科院）短指癥致病基因（上海交通大學）遺傳性兒童白內障致病基因（中科院上海生物工程中心）兒童失神癲癇易感基因(北醫(yī))

原發(fā)性紅斑肢痛癥基因(北醫(yī))

家族性房顫致病基因（上海同濟大學）毛發(fā)上皮瘤致病基因（安徽醫(yī)科大學）腓骨肌萎縮綜合癥致病基因（上海交通大學）脊髓小腦性共濟失調新致病基因（湘雅）舞蹈手足徐動癥致病基因（湘雅）

2024/1/662

免疫系統(tǒng)的復雜性疾病是由于基因的變異加環(huán)境因素加免疫調節(jié)等因素的共同影響?；虻淖儺惪梢詫е聦膊〉囊赘行?/p>

免疫系統(tǒng)的復雜性疾病2024/1/6632024/1/663遺傳與環(huán)境因素對不同疾病的影響2024/1/664人類的遺傳個體差異與單核苷酸多態(tài)性（SNPs）和復制數(shù)量變異（CNVs)相關2024/1/665

單核苷酸多態(tài)性（SingleNucleotidePolymorphisms，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(xiàn)一個SNP,2個無關個體間有300萬SNPs.

2024/1/666SNP在人群中的頻率2024/1/667可能具有重要功能意義的SNP位于外顯子區(qū)并改變氨基酸序列的SNP位于基因表達調控區(qū)如啟動子、增強子、轉錄因子結合區(qū)、加尾信號的SNP位于外顯子和內含子交界區(qū)域的SNP2024/1/6682024/1/668人類基因組的大片斷變異--復制數(shù)量變異

Copynumbervariation(CNV)不同個體之間1000以上堿基對的變異稱為CNV。根據(jù)最新DNA測序分析，個體間存在1000以上不同的CNVs。ABCACABCBBperson1person2person32024/1/669免疫組基因變異的數(shù)量HumMutat.2012May23.doi:10.1002/humu.22125.[Epubaheadofprint]2024/1/670未來的預防醫(yī)學可以通過基因分析，提供疾病易感性預測，有選擇地改變生活習慣或生活環(huán)境，減少疾病發(fā)生2024/1/671

候選基因的DNA序列分析全基因組關聯(lián)性研究(GWAS)全基因組測序(WGS)或全基因組外顯子測序(WES)SNP研究的主要技術2024/1/672復雜性疾病的全基因組關聯(lián)性研究(genome-wideassociationstudy)2024/1/6732024/1/673/gwastudies/2024/1/674DNA序列分析技術的快速發(fā)展2024/1/675個人基因組全序列分析DNA雙螺旋結構發(fā)現(xiàn)者之一沃森2007年5月31日收到一張含有他基因組全部信息的光盤,成為世界上首位獲得基因組圖譜的個人，這份獎品也被很多媒體稱為個人“生命天書”?！癐’mthrilledtoseemygenome,”Dr.Watsonsaid.

2024/1/676低價“自繪”個人基因組圖譜NatureBiotechnology2009年8月報道:

美國斯坦福大學教授StephenQuake在兩名同事的幫助下，利用一臺冰箱大的單分子測序儀器，花費5萬美元,測定了自身的基因組序列，繪制了個人基因組圖譜。2024/1/6772024/1/6771000GenomesProject2008年啟動，計劃完成2600人基因組測序，至2012年5月已完成1700個體的基因組測序，獲得200TB數(shù)據(jù)，可供科學家免費下載。并列入美國“大數(shù)據(jù)（bigdata)計劃”/1000genomes/2024/1/6782024/1/678100,000genomesProject英國首相卡梅爾于2012年12月10日宣布了一項雄心勃勃的計劃，為10萬名患有癌癥和罕見疾病的英國病人進行全基因組測序。英國政府的國家醫(yī)療服務體系（NHS）已經撥款1億英鎊（約合1.6億美元）用于這項計劃。這項測序計劃預計將花費3到5年的時間。2024/1/6791000-dollargenomeIonProtonSequencerLifeTechnologies公司2012年1月宣布開發(fā)成功新測序儀IonProtonSequencer，可在2小時完成20億對堿基測序，材料費1000美元。2024/1/6802024/1/680DNA測序成本的下降速度超出了摩爾定律2024/1/6812024/1/681基因組測序技術市場2024/1/682外顯子捕獲技術2024/1/683截至2012年2月的總結，至少有46篇報道全外顯子組測序Whole-exomeresequencing(WES)發(fā)現(xiàn)疾病基因的論文發(fā)表ClaudiaGonzaga-Jaureguietal:

HumanGenomeSequencinginHealthandDisease.AnnualReviewofMedicine,2012,63:35-612024/1/684新一代測序技術的免疫組庫（immunerepertoire)分析韓健博客(/jianhan1)2024/1/685免疫組庫研究的意義韓健博客(/jianhan1)2024/1/686

利用基因組學、轉錄組學及蛋白質組學等相關的高通量技術開展腫瘤抗原譜及免疫應答分子譜的研究.腫瘤免疫組數(shù)據(jù)庫/CancerImmunomeDB/

腫瘤免疫組學（Cancerimmunomics）2024/1/687腫瘤免疫組學研究的主要技術OMICS.2011Sep;15(9):579-882024/1/688利用免疫組學技術開發(fā)的腫瘤免疫治療臨床方案OMICS.2011Sep;15(9):579-88MiningthesHLAimmunopeptidome.HickmanHD,YewdellJWPNAS2010;107:18747-18748?2010byNationalAcademyofSciences2024/1/690規(guī)模化分析病原體的免疫表位(Epitope)譜美國NIH投入5億美金支持EpitopeMappingProject病原體免疫組學Discontinuous&

Linear

Epitopes2024/1/691免疫表位和分析數(shù)據(jù)庫TheImmuneEpitopeDatabaseandAnalysisResource(IEDB)

收集國際上發(fā)現(xiàn)所有B細胞表位和T細胞表位，促進免疫學家開展抗感染免疫的研究和疫苗及診斷試劑的開發(fā)。截止2013年9月已收錄104,443個多肽表位,1931非多肽表位

/2024/1/692主要技術：噬菌體表面展示技術HLA轉基因小鼠技術隨機基因片段表達和抗原鑒定技術組合多肽技術四聚體表位作圖技術（TetramerGuidedEpitopeMapping）MHC結合抗原肽預測技術抗原芯片等

2024/1/693抗原芯片技術2024/1/694屬于基因組藥物（Genome-baseddrug）范疇，利用反向生物學原理，根據(jù)人類基因序列數(shù)據(jù)，經生物信息學分析、高通量基因表達、高通量功能篩選和體內外藥效研究開發(fā)得到的新型免疫藥物。基于基因組的新型免疫藥物2024/1/695人類基因組ORF組siRNA組基因過表達和siRNA封閉高通量細胞篩選單個基因功能研究藥物和免疫靶標鑒定先導化合物篩選基因工程藥物化學新藥基因組藥物開發(fā)的主要路線圖和分工生物信息學基因治療診斷標志/腫瘤疫苗人源化抗體目標產品開發(fā)研究國家中心各個功能實驗室企業(yè)為主體2024/1/696人類基因組為藥物開發(fā)提供了新源泉迄今已應用的人類藥物靶標約500種，包括受體、酶、信號轉導分子等。開發(fā)成功的藥物約2000種。估計人類基因組中數(shù)萬個基因中，2000-3000個基因產物可成為潛在的藥物靶標2024/1/697

人類功能基因的新藥開發(fā)用途1?；蚬こ趟幬铮ㄈ缂毎蜃踊颍?。藥物靶標（如蛋白激酶基因）3。免疫靶標（如細胞膜受體）4?；蛑委煱谢颍ㄈ缫职┗颍?。腫瘤疫苗靶基因（如腫瘤特異性抗原）2024/1/698

國際上至少已有31個利用基因組數(shù)據(jù)開發(fā)的新藥進入臨床，其中2個上市，5個進入III期臨床Prolia(抗RANKL抗體):骨質疏松;2010年6月批準上市Benlysta（抗BLyS抗體）:SLE；2011年3月批準上市Atacicept(TACI-Ig可溶性受體）:SLEIL-24/MDA7腺病毒:轉移性黑素瘤Darapladib(脂蛋白相關磷脂酶A2抑制劑)：冠心病DG-031：FLAP（5-lipoxygenaseactivatingprotein）抑制劑：心肌梗死Crizotinib:ALK融合基因抑制劑；治療非小細胞肺癌進入臨床的基因組藥物2024/1/699Prolia(抗RANKL抗體)抑制破骨的功能，治療骨質疏松，2010年上市，預計5年可達40億美元銷售額2024/1/6100BlyS(Blymphocytestimulator)用于治療免疫缺陷性疾病，2000年6月進入I期臨床實驗2024/1/6101同位素標記的BlyS治療B細胞淋巴瘤2024/1/6102抗BLyS抗體治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡（2011年3月批準上市）2024/1/6103BLyS可溶性受體(Atacicept)治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡2024/1/6104BLyS與其受體有可能作為新的小分子化合物作用靶標，建立細胞篩選模型，發(fā)現(xiàn)化學新藥2024/1/6105免疫信息學（immunoinformatics）免疫信息學（Immunoinformatics）是生物信息學（Bioinformatics）的分支學科，是計算機科學與免疫學相結合的交叉學科，重點是利用計算機技術開展免疫學的生物信息學分析和計算

2024/1/6106例:T細胞抗原表位的生物信息學分析2024/1/6107網絡T細胞表位預測工具

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