毒理基因组学与系统毒理学

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毒理基因组学的研究目标
• 近期目标：是确定某种有害因素的反应基 因（信号基因）用于毒理学和相关疾病的 研究。
• 远期目标：建立全基因组与蛋白质组毒性 反应知识库，并在此基础上开辟以芯片技 术和生物信息技术为特征的数字毒理学 （digitized toxicolgy）
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毒理基因组学与 系统毒理学
Toxicogenomics and system toxicology
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内容概要
• 第一节 • 第二节 • 第三节
• 第四节
概述 毒理基因组学研究的技术平台 毒理基因组学研究的内容及其 应用 从毒理基因组学到系统毒理学
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目的要求
• 掌握毒理基因组学相关概念 • 熟悉毒理基因组学研究的内容及其应用 • 了解毒理基因组学研究的平台
一些低拷贝数mRNA不能有效呈现等
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（二）基因表达序列分析技术
(serialanalysisofgeneexpression ,SAGE
• 来自cDNA3’特定位置的一段9-11bp长的序列能 够区别基因组中95%的基因。这段基因特异的序 列被称为标签（SAGE tag)
• 目的：获得基因在特定组织中的表达及基因表达 丰度
• 美国国立环境卫生科学研究所（NIEHS）， 1998年
• 目的：归纳整理人类基因组的多态性，并 将这些信息用于研究机体对环境暴露的反 应性和对疾病的易感性的差异。
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毒理基因组学的基本任务
• 利用人类基因组的资料，帮助筛选和鉴 别潜在的环境毒物，并在基因组水平上 阐明毒作用发生的机制。
• 前提： Genbank必须有某一物种的DNA序列信息。
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• （三）微阵列分析 DNA微阵列(microarray assay) 或DNA芯片(DNA chip)
发红色荧光Cy3 发绿色荧光Cy5
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cDNA微阵列技术
• 优点
灵敏度高 mRNA丰度低至10万分之一仍能被检测 出可同时采用几种不同颜色的荧光染料标记探针， 在同一张阵列膜进行一次杂交实验就可分析不同 样品间基因表达的差异
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第一节 概述
毒理基因组学 (toxicogenomics)
研究生物体的整个基因组如何对环境有害因素发生反 应的一门新兴学科。
基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、遗传多 态性、生物信息学
多学科交叉的前沿学科
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人类基因组计划HGP
• HGP由美国科学家于1985年率先提出，于 1990年正式启动的。美国、英国、法国、 德国、日本和我国科学家共同参与
• PCR和聚丙烯酰胺凝胶电泳为基础 • 总RNA----cDNA---- PCR ----DNA测序胶 • 目的：找出表达有差异的cDNA片段
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DDRT-PCR特点
• 优点 周期短 功能多 灵敏度高 所需RNA量少重复性
高 所获得的cDNA 仅代表mRNA 3’非翻译区
• 缺点 假阳性率高 ；凝胶中单条cDNA带成分不均一；
National Center for toxicogenomics， NCT 的主要任务
• 促进基因和蛋白表达技术在毒理学中的 应用；
• 促进人类环境暴露和疾病易感性关系的 研究；
• 确定暴露和毒效应的生物标志； • 推进暴露与生物学反应关系的计算和处
理方法； • 建立毒理基因组学的公用数据库。
• 进行鉴定双向凝胶电泳和质谱技术是目前 蛋白质组学研究的核心技术
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三、代谢组学技术平台
• （一）磁共振 • （二）色谱-质谱联用技术
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四、生物信息学 (bioinformatics)
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第二节 毒理基因组学研究的技术平台
• 高通量筛选系统 计算机数据处理
获取大规模生物学数据， 对大量信息进行
包括基因组、转录组、 及时而合理的处理
蛋白质组和代谢组
基因表达数据
表达数据
百度文库
经典毒理学试验资料
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一、基因组学与转录组学技术平台
（一）差异显示反转录PCR技术（DDRT-PCR）
• 为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确 测序，破译人类全部遗传信息
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HGP
• 目的:解码生命、了解生命的起源、了解生 命体生长发育的规律、认识种属之间和个 体之间存在差异的起因、认识疾病产生的 机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病 的诊治提供科学依据
• 内容：建立物理图谱 建立遗传图谱
• 缺点
成本较高 需要特殊的信号检测分析系统，玻片 上的微阵列不能重复使用
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（四）RNA干涉（RNA interference, RNAi)技术
RNA干涉是近年来发展的一种基因功能研究的方法， 进而从反向角度来阐明基因的功能。
RNAi是指将外源性双链RNA导入细胞后，可产生21-23nt 长度的小分子干涉RNA，引起与其同源的特异基因 mRNA降解的现象，属于转录后的基因沉默。
DNA序列测定 基因的确定和分析
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后基因组时代（post-genome era）
• 人类后基因组计划------对基因组生物学功能的研究 和应用
• 序列（结构）基因组学------功能基因组学
功能基因组学
生物信息学
比较基因组学
结构基因组学
蛋白组学
生物信息学
DNA芯片
基因敲除
药物基因组学
环境基因组学
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环境基因组学（Environmental genomics）
• 探讨环境-基因，基因-基因间的交互作用 • 目标：研究遗传变异如何影响机体对环境因素作
用的反应，包括发掘环境反应基因的多态性，评 价这些多态性的功能及其与患病风险的关系
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环境基因组计划（Environmental genomics project, HPG）
（五）单核苷酸多态性检测
单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs) 指染色体基因组水平上单个核苷酸变异引起的DNA序列 多态性，在人群中发生频率大于1%。
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二、蛋白质组学技术平台
• 目前最常用技术路线是利用双向凝胶电泳 分离蛋白、综合质谱和生物信息学分析技 术