从人类基因组到新药开发

2008 年1月HInvDB 统计有文献报道的功能基因数量是 12,404, 两年间 注： 注：2008 2008年 H-InvDB InvDB统计有文献报道的功能基因数量是 统计有文献报道的功能基因数量是12,404, 12,404,两年间 910 个新基因功能的研究论文。照此速度，对未知功能的约 2.2 万蛋白 发表 发表910 910个新基因功能的研究论文。照此速度，对未知功能的约 个新基因功能的研究论文。照此速度，对未知功能的约2.2 2.2万蛋白 50 年。 编码基因进行功能研究，还需要大约 编码基因进行功能研究，还需要大约50 50年。
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细胞筛选技术在组学研究和新药开发的重要位置
生物信息学 生物芯片 转录组学 相互作用 组学 蛋白质 组学 疾病基因 组学
功能基因组的 细胞模型筛选
分子机理和 疾病关联研究
单个基因 功能和成药研究
基因敲除 转基因小鼠
药物开发 研究
其它应用 研究
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新药 临床研究 临床前研究 Druggable 基因发现 Druggable基因发现 体外体内基因功能研究 细胞水平高通量功能筛选 基因转染、过表达、敲减 ORF 组、 siRNA 组, miRNA 组 人类基因组 人类基因组ORF ORF组、 组、siRNA siRNA组 miRNA组
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PDCD5 促程序化细胞死亡的基因 促程序化细胞死亡的基因PDCD5
• 1999年本实验室在国际上报道的人类功能基因, 原名TFAR19，是一个新的抑癌基因，在多种肿瘤 中表达下调，通过与组蛋白乙酰转移酶Tip60相 互作用发挥促进肿瘤细胞凋亡的作用。 • 有关PDCD5发表及引用的国内外论文180余篇 • 获两项国家发明专利并已申请PCT国际专利 • PDCD5重组蛋白药物完成中试，进入临床前开发 研究
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4、重要功能基因的研究： 已经对一批重要的人类功能基因开展了 系统性地研究，至少有24个人类基因在 国际学术期刊发表了首篇功能研究的论 文。此外，近2年发现了至少5个调节免 疫细胞的新细胞因子，为生物技术药物 开发提供了基础。
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本课题组首次报道的人类新功能基因
（http://gene.bjmu.cn/news1.htm）
图.从人类基因组到新药开发的金字塔模型
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基于人类基因组的新药开发平台 1、人类功能基因ORF组文库： � 目前已拥有13695个人类cDNA编码区的质 粒库，构建了6359个基因的真核表达质 粒，其中包含938个分泌蛋白、1055个细 胞膜蛋白、2201个核蛋白编码基因。 构建了500个以上腺病毒克隆
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利用细胞芯片筛选CRE调控基因
ຫໍສະໝຸດ Baidu21
自噬(autophagy )诱导基因的高通量筛选 autophagy)
Function-undefined cDNA (~1102 genes)
Cotransfection into Hela with GFP-LC3 Automated Image Acquistion
•Prolia(抗RANKL抗体):骨质疏松;2010年6月批准上市 •Benlysta（抗BLyS抗体）:SLE；2010年提交上市申请（13:2） •Atacicept (TACI-Ig可溶性受体）: SLE •IL-24/MDA7 腺病毒:转移性黑素瘤 •Darapladib (脂蛋白相关磷脂酶A2抑制剂)：冠心病 •DG-031：FLAP（5-lipoxygenase activating protein） 抑制 剂：心肌梗死 •Crizotinib:ALK融合基因抑制剂；治疗非小细胞肺癌
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人类基因组是生物医药产业最重要的创 新源泉 一个有自主知识产权的重要成药基因有 可能形成系列产品，带动生物技术产业 发展。例：Epo系列产品的年销售超过 100亿美元;TNF作为靶标的系列产品2009 年销售超过220亿美元。 我国的人类基因组的研究应该为生物医 药产业产业的发展提供新的动力。
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从人类基因组到药物开发的技术路线
人类基因组 生物 信息学 ORF组 siRNA组 基因过表达 和siRNA封闭 高通量 细胞筛选
先导化合物 筛选
药物和免疫 靶标鉴定
成药基因 开发研究
单个基因 功能研究
化学新药
人源化 抗体
基因工程 基因 治疗 药物
诊断标志/ 肿瘤疫苗
国家中心
各个功能实验室
企业为主体
“Granularity” of MetaMorph
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Results
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(IRF7) 活性 干扰素调节因子 干扰素调节因子(IRF7) (IRF7)活性 筛选平台
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潜在细胞因子发现和鉴定策略
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从基因组筛选新潜在细胞因子的设定条件
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无免疫相关功能报道的新基因; 存在潜在信号肽序列或有证据为分泌蛋白; 不超过300个氨基酸长度; 没有已知的非细胞因子功能区; 免疫系统或造血系统表达.
从人类基因组到新药开发
北京大学医学部 马大龙 http://gene.bjmu.edu.cn
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2010 年是人类基因组框架图完成 10 周年 2010年是人类基因组框架图完成 年是人类基因组框架图完成10 10周年 “Growing pains of the genomics age”
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(Druggable gene) 约有 3000 个 人类基因组的成药基因 人类基因组的成药基因( gene)约有 约有3000 3000个
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人类功能基因的开发用途
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（如细胞因子基因） 1。基因工程药物 。基因工程药物（如细胞因子基因） （如蛋白激酶基因） 2。药物靶标 。药物靶标（如蛋白激酶基因） （如细胞膜受体） 3。免疫靶标 。免疫靶标（如细胞膜受体） （如抑癌基因） 4。基因治疗靶基因 。基因治疗靶基因（如抑癌基因） （如肿瘤特异性抗原） 5。肿瘤疫苗靶基因 。肿瘤疫苗靶基因（如肿瘤特异性抗原）
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High-throughput screening system based on “Luc”
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High-throughput screening system based on “GFP”
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High-throughput screening system
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细胞芯片筛选平台
） （Tian L, et al. Genomics. 2007 Jul;90(1):28-34 Jul;90(1):28-34）
人类基因组计划完成以后的主要任务: 阐明数以万计基因及其产物的功能 深入认识疾病发生发展的基因和分子机 理；发现疾病易感基因、抗病基因、药物 敏感基因 发现新的药物作用靶点/生物技术药物 提供临床疾病诊断、预防、易感性分析、 个体化治疗、新药研制新技术，推动生物 医学和制药工业的发展
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基因组药物（ Genome-based drug ） 基因组药物（Genome-based drug）
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年1月报道的 HInvDB 的统计 :已注释 35,303 个人类蛋白编码基 2010 2010年 月报道的HH-InvDB InvDB的统计 的统计: 已注释35,303 35,303个人类蛋白编码基 13,314 个 因,有文献支持功能研究的基因只有 有文献支持功能研究的基因只有13,314 13,314个
173个候选基因
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从人类基因组筛选潜在新细胞因子
5 个潜在细胞因子
30 个验证的分泌蛋白 30个验证的分泌蛋白 104 个基因克隆成功并构建表达载体 104个基因克隆成功并构建表达载体 173 候选细胞因子基因 个人类蛋白编码基因 (HInvDB ) 35303 35303个人类蛋白编码基因 个人类蛋白编码基因(H(H-InvDB InvDB)
3 2.5
Validation �LC3II/I (western blot) �Electron microscopy
2 1.5 1 0.5 0 0 200 400 600 800 1000 1200
Data Analysis Pengfei He et al:Autophagy. 2009 5(1).52-60
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新的潜在药物靶标基因
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CKLF1: 趋化因子，促进炎症及造成肺损伤用 于自身免疫病和哮喘的分子标志和治疗靶标。 已经获得3个CKLF抑制剂候选药物 ：肿瘤高表达，促进细胞增殖，结合蛋 PDCD10 PDCD10： 白激酶MST4。已建立药筛模型，获得1个先导 化合物 OLC1 ：肿瘤高表达，促进细胞增殖和NFκB活化。 OLC1： 已建立药筛模型，已经进行先导化合物筛选
3 4 5 6 7 8 9
VSTM-V2 5 7 25 34 CTRP4 FAM96A
速发型超敏反应治疗靶标 申请中 申请中 申请中国专利：2010102287667
新的分泌蛋白，具有溶解大肠杆 抗菌重组蛋白药物 菌活性 新的分泌蛋白，促进Stat3活化 新的分泌蛋白，抑制EMT 肿瘤治疗靶标
治疗肿瘤转移的重组蛋白 申请中国专利：20101088344.1 药物
根据人类基因序列数据，经生物信息学分析、 高通量基因表达、高通量功能筛选和体内外药效 研究开发得到的新药候选物。
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反向生物学策略开发新药
DNA →蛋白质→细胞→动物模型→人体内功能 及与疾病关联→新药候选基因(如IL-21) 疾病标本→DNA →致病基因或易感基因分析→ 蛋白质→细胞→动物模型→人体内功能及与疾 病关联→新药候选基因(如FLAP)
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: PDCD5, PDCD10, 程序性细胞死亡基因 程序性细胞死亡基因: NAIF1, PTP1P51, TMEM166、TMEM74、 URP2SF、TM9SF1、DCUN1D3, RNF122, CHMP6 细胞因子： CKLF, CCDC134 CKLF 超家族：CMTM1,2,3,4,5,7,8（CKLF-like Marvel transmembrane domain containing 1,2,3,4,5,7,8） 细胞增殖基因 : NSA2、TMEM174 细胞增殖基因:
（如血清抗原） 6。疾病诊断和易感分析标志 。疾病诊断和易感分析标志（如血清抗原） （如生物芯片，细胞凋亡标志基 7。生物技术支撑产品 。生物技术支撑产品（如生物芯片，细胞凋亡标志基 因、抗体试剂等）
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进入临床的基因组药物
31 个利用反向生物学开发的新药进入 国际上至少已有 国际上至少已有31 31个利用反向生物学开发的新药进入 其中 1个上市， 6个进入 III 期临床 临床， 临床，其中 其中1 个上市，6 个进入III III期临床
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5、成药（ Druggable )基因研究与开发 、成药（Druggable Druggable) 已有9个新的编码分泌蛋白基因进入潜 在重组蛋白蛋白药物的开发阶段，3个新 的潜在药物靶标基因进入化学药物筛选 阶段
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生物技术药物候选基因列表
基因名称 1 2 PDCD5 CCDC134 功能 潜在用途 专利 促进凋亡和Parapotosis，可作为 肿瘤治疗的重组蛋白药 中国专利授权号：ZL98101869.6 肿瘤的凋亡促进剂 物；肝脏疾病的分子标志 国际专利：PCT/CN2009/070174 参与ERK通路负调节的新细胞因 自身免疫病治疗的重组蛋 申请中国专利：200610160760.4 子，重组蛋白抑制小鼠自身免疫 白药物 病发病 新的潜在细胞因子，促进Th17细 自身免疫病治疗的靶标 胞分化,促进自身免疫病发病 新的分泌蛋白，促进IFN-γ分 泌，促进Th1分化 新的分泌蛋白，促进Th17分化 新的分泌蛋白，促进IL-4分泌 治疗肿瘤重组蛋白药物 自身免疫病治疗的靶标 申请中国专利：200910235602.4 申请中 申请中
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2.高通量基因表达及蛋白纯化平台： 包括大肠杆菌表达系统、哺乳动物表达 系统、腺病毒表达系统等。 3.抗体制备平台 包括多克隆抗体和单克隆抗体，计划合 作开展人抗体平台的筛选工作
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4、人类功能基因的高通量细胞筛选： 建立了40余种针对信号转导通路和细胞 表型分析的细胞筛选平台，开展了6000 以上人类未知功能基因的筛选工作，已 发现并验证了70余个具有功能线索的人 类新基因.