第8章 药物转录组学
转录组课件
个体化医疗
通过对个体转录组的分析，有助 于实现个体化医疗和精准治疗， 提高治疗效果和降低副作用。
02
CATALOGUE
转录组测序技术
转录组测序技术的原理
转录组测序技术基于下一代测序技术，通过对基因转录本的检测和分析，揭示基因的表达水平和调控 机制。
该技术通过将生物体的基因组DNA切割成小片段，然后对这些小片段进行测序，再通过计算机技术将这 些测序数据进行比对和分析，从而确定每个基因的转录本。
转录组测序技术的应用
转录组测序技术在生命科学、 医学和农业等领域具有广泛的
应用价值。
在生命科学领域，转录组测序 技术可用于研究基因的表达模 式和调控机制，揭示生命活动
的奥秘。
在医学领域，转录组测序技术 可用于诊断疾病、预测疾病进 展和评估治疗效果等。
在农业领域，转录组测序技术 可用于研究作物生长发育、抗 逆性和品质等性状，为育种提 供有力支持。
转录组学还能够研究药物对机体其他系统的影响，有助于全面了解药物的 副作用和相互作用，提高药物使用的安全性和有效性。
在个性化医疗中的作用
转录组学在个性化医疗中具有重要应用 价值，通过对个体基因表达的差异分析 ，有助于实现精准医疗和个性化治疗方 案。
通过比较不同个体之间的转录组数据，可以 发现个体间的基因表达差异和疾病易感性， 为个体化诊断和治疗提供依据。
差异表达分析
比较不同样本间基因表达量的变化，筛选显著差异表 达的基因。
基因功能注释与分类
利用基因本体论（GO）和KEGG等数据库，对基因进 行功能注释和分类。
转录组数据可视化的方法
散点图和箱线图
用于展示基因表达量和差异表达情况。
聚类分析热图
用于展示基因在不同样本间的聚类关系。
药物转录组学PPT幻灯片课件
样品制备
样品分离纯化
DNA , mRNA
扩增
PCR, RT—PCR，固相PCR
标记
荧光标记（常用Cy3、Cy5），生物素、放射性标 记
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分子杂交
样品与DNA芯片上的探针阵列进行杂交。 与经典分子杂交的区别： 1. 杂交时间短，30分钟内完成 2. 可同时平行检测许多基因序列
影响杂交反应的因素：
5
1.基因芯片技术
• 基因芯片（gene chip）又称 DNA 芯片， 指将大量（通常每平方厘米点阵密度高于 400 ）探针分子固定于支持物上后与标记 的样品分子进行杂交，通过检测每个探针 分子的杂交信号强度进而获取样品分子的 数量和序列信息。
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• 按用途分
– 表达谱芯片 – 诊断芯片 – 指纹图谱芯片 – 测序芯片 dT为引物将mRNA反转录合
成双链cDNA，经锚定酶（Anchoring Enzyme, AE）酶（如Nla Ⅲ、Sau3AⅠ等）切后收集 cDNA的3’端部分。
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anchor 锚，靠山 synthesis 综合物 zyme酶，病菌 enzyme酶
18
Hale Waihona Puke 9• ③连接产物以标签酶酶切后用Klenow酶补 平5’突出端，得到两组分别带有接头A、B的 短cDNA片段（约50bp）。混合并连接两组 短cDNA片段，形成一个约100bp的双标签体 （ditag）群，并以引物A和B对其进PCR扩增。
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ample充足的amplifiy增强 放大
21
• 芯片实验室是生物芯片技术发展的 最终目标
7
基因芯片的特点：
1. 操作简单 2. 自动化程度高 3. 序列数量大 4. 检测效率高 5. 应用范围广 6. 成本较低
药物基因组学转录组学蛋白质组学
国际人类基因组单体型图计划 (the international HapMap Project)
寻找标记SNP的国际遗传变异图谱计划 以SNP为标志构建人类DNA序列中多态位点的常见 模式，即单体型图，简称HapMap，以及特异识别 这些单体型的标签SNP。
转录组（transcriptome）和 转录组学（transcriptomics）
单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）、单体型（haplotype）和标 签SNP（haplotype tag htSNP）
SNP或SNPs是指不同个体基因组DNA序列上单个碱基的差异。 Haplotype是指位于一条染色体上倾向于整体遗传的一组紧 密连锁的遗传标记物。对于SNP而言，专指位于染色体上某 一区域作为一个整体遗传给后代的一组相关联的SNP等位位 点。 一个染色体区域可以有很多SNP位点，但在每一个单体型中 总有几个SNP对于检测这一单体型是有用的，这种SNP被称 为“标签SNP” （haplotype tag htSNP）。
蛋白质组（proteome）和蛋白质组学（proteom、一个有机体或某一 特定的组织类型所表达的全部蛋白质。 蛋白质组学是指研究蛋白质组的科学，是采用大规模、高 通量、高效率的技术手段研究蛋白质的特征，包括蛋白质 的组成、表达水平、翻译后的修饰，蛋白质与蛋白质相互 作用等，整体上研究基因组所表达的所有蛋白质在不同时 间与空间的表达谱，全景式地揭示生命活动的本质。
转录组广义上是指在某一生理条件下，一种细胞、组织、器 官或生物体所能转录出来的所有RNA的总和，包括mRNA和非 编码RNA。狭义上是指一个活细胞所能转录出来的所有 mRNA，即从基因组DNA转录的基因总和，也称为表达谱。 转录组学是在基因组学后新兴的一门学科，是一门在整体水 平上研究细胞中基因转录的情况及转录调控规律的学科。
药物基因组学-药物转录组学-药物蛋白质组学
一 、人类基因组的生物信息在药物 研究的应用
生物信息学是生物学与计算机科学以 及应用数学等学科相互交叉形成的一门新 兴学科。生物信息学大大加速新药的开发 ，通过它方便获取资料，包括从数据库中 寻找基因序列等信息，以及大量处理的药 物筛选和加工过程，可加快新药开发的进 程
ห้องสมุดไป่ตู้
1、人类基因组的多态性与基因组药学
方向发展；药物基因组学的研究包括治疗
效果和药物的反应不同造成的个体差异，
及每个个体所存在的与药物作用的不同疾
病靶点的分子情况。
2、后基因组post-genomics研究计划
在完成基因组图谱构建以及全部序列测定
的基础上，研究全基因组的基因功能，基因之间
的相互关系和调控机制为主要内容的学科 研究基因组的根本目的是揭示生命活动规 律，故基因组全序列的测定只是认识生命的第一 步，必须研究所有基因的功能---后基因组计划 ，即功能基因组学。
药物转录组学
一、药靶候选基因的鉴定 二、反义药物与siRNA药物
三、转录组在代谢工程领域的应用
三、药 物 蛋 白 质 组 学
1、蛋白质功能研究
2、基因表达研究
3、靶点确证及新药研发
结构基因组学向功能基因组学转变：
研究基因表达、调控，以及在生长发 育、疾病发生、药物反应等方面的作 用
研究上：
系统研究：不是针对单个基因或蛋白， 而是对一个细胞或个体内整个基因或 蛋白质的研究； 组学研究：功能基因组、结构基因组、 蛋白质组学……
药物遗传是研究药物引起机体反应的遗 传多样性。通过研究人体基因的遗传多态性尤 其是SNP与个体对药物敏感性或耐受性的相关 性，可以阐明遗传因素对药物作用的影响，从 而对个体化用药和药物开发提供指导和依据。
转录组学主要技术与应用研究
转录组学主要技术与应用研究转录组学是一种研究生物体转录组的学科，它主要通过采用高通量测序技术，对细胞中所有基因的RNA表达进行全面和系统地研究。
通过对转录组的研究，我们可以全面了解基因在特定组织、特定时期和特定环境下的表达情况，可以揭示基因在生物体发育、生理活动和适应环境等方面的机制，以及与疾病发生发展相关的分子基础。
下面将对转录组学的主要技术和应用研究进行详细介绍。
一、转录组学的主要技术1. RNA测序技术（RNA-Seq）：RNA测序是转录组学研究的核心技术，它通过将RNA反转录成DNA，并进行文库构建和测序，得到RNA的全长序列信息。
RNA-Seq技术相比传统的Microarray技术，具有更高的灵敏度和准确性，可实现低丰度基因的检测和定量，同时可以鉴定新转录物和变异。
2.转录组组装和注释：对RNA测序得到的序列进行数据处理，包括序列质量控制、去除低质量序列、去除污染序列等，然后对测序得到的短序列进行组装和注释，得到基因的表达信息和基因的结构信息。
3.管理基因和差异表达基因分析：将样品的RNA序列比对到参考基因组或转录组，利用比对结果和参考基因组的注释信息，挖掘出差异表达的基因，进而进行差异表达基因的验证和功能解析。
4. 其他技术：包括RNA亚转录组测序（sub-transcriptome sequencing）、全长转录组测序（full-length transcriptome sequencing）、单细胞转录组测序（single-cell transcriptome sequencing）等技术。
二、转录组学的应用研究1.基因功能解析：通过分析转录组数据，可以研究基因的表达模式、调控网络和与其他基因的相互作用，进而揭示基因在生物体发育、生理功能和适应环境等方面的作用和机制。
2.疾病诊断和预测：转录组学可以揭示疾病发生和发展的分子基础。
通过比较疾病组织和正常组织的转录组差异，可以鉴定与疾病相关的基因和通路，为疾病的早期诊断和治疗提供新的靶点和策略。
转录组学和蛋白质组学
转录组学和蛋白质组学一、转录组学1. 转录组学的定义和意义转录组学是指对生物体在特定条件下所有基因的转录产物进行全面分析的研究领域。
转录组学可以帮助我们了解基因表达调控机制，发现新的基因和非编码RNA，以及探索细胞信号传导通路等。
同时，转录组学也是研究疾病发生机制、药物靶点筛选和新药开发等领域的重要工具。
2. 转录组测序技术目前常用的转录组测序技术主要有两种：RNA-Seq和微阵列芯片。
（1）RNA-Seq技术：基于高通量测序技术，可以直接测量每个基因在特定条件下所产生的mRNA数量，并且可以检测到低表达基因和新的非编码RNA。
但是其数据处理较为复杂，需要进行严格的质量控制和归一化。
（2）微阵列芯片技术：通过固定在芯片上的探针检测每个基因在特定条件下表达水平。
虽然数据处理相对简单，但是该技术受到探针设计限制，不能检测新的非编码RNA和低表达基因。
3. 转录组数据分析转录组数据分析包括质量控制、差异表达基因筛选、功能注释和生物信息学分析等步骤。
其中，差异表达基因筛选是转录组研究的重要环节，可以帮助我们找到与特定条件相关的基因，并进一步探究其生物学功能。
4. 转录组学在疾病研究中的应用转录组学在疾病研究中具有广泛的应用前景。
例如，通过对癌细胞和正常细胞转录组的比较，可以发现癌细胞中特异性表达的基因，并且可以为癌症治疗提供新的靶点；另外，通过对感染性疾病患者和健康人群转录组的比较，可以发现与感染相关的基因，并且可以为新药开发提供线索。
二、蛋白质组学1. 蛋白质组学的定义和意义蛋白质组学是指对生物体内所有蛋白质进行全面分析的研究领域。
蛋白质是生命活动中最为重要的分子之一，其结构和功能对细胞和生物体的生命活动具有重要影响。
因此，蛋白质组学可以帮助我们了解蛋白质的结构、功能和相互作用等方面的信息，为疾病治疗和新药开发提供重要依据。
2. 蛋白质组测序技术目前常用的蛋白质组测序技术主要有两种：基于质谱的方法和基于芯片的方法。
药物基因组学-药物转录组学-药物蛋白质组学PPT课件
通过分析个体差异的蛋白质组特征，实现个体化用药，提高药物的疗效和安全性。
药物蛋白质组学在药物研发中的应用
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药物蛋白质组学的研究方法和技术
蛋白质分离和鉴定技术
利用色谱、质谱等分离和鉴定技术，分离和鉴定生物体中的蛋白质。
蛋白质相互作用研究
利用酵母双杂交、免疫共沉淀等技术研究蛋白质之间的相互作用，揭示药物的作用机制。
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药物基因组学在药物研发中的应用
药物基因组学的研究方法主要包括基因表达谱分析、基因突变检测、基因组关联分析和表型组学等。
药物基因组学的研究技术包括高通量测序、微阵列分析、质谱分析和生物信息学等。
这些技术为药物基因组学的研究提供了强大的工具，有助于揭示药物的基因组学奥秘。
这些方法和技术有助于深入了解药物的基因组学基础，揭示药物的疗效和安全性机制。
研究蛋白质与药物的相互作用，深入了解药物的作用机制。
在药物作用机制研究中的应用
药物基因组学
根据个体的基因型差异，预测患者对特定药物的反应，实现个体化用药。
药物转录组学
分析疾病状态下基因表达的改变，为个体化治疗提供依据。
药物蛋白质组学
研究蛋白质与药物的相互作用，发现新的药物作用靶点或潜在的药物副作用，有助于个体化用药的优化。
药物基因组学
分析药物对基因表达的影响，发现新的药物靶点和作用机制。
药物转录组学
研究蛋白质与药物的相互作用，发现新的药物作用靶点或潜在的药物副作用。
药物蛋白质组学
在新药发现中的应用
确定基因变异如何影响药物的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）过程。
药物基因组学
药物转录组学
药物蛋白质组学
第一个反义药物：福米韦生 (fomivirsen)
1998年，美国FDA批准，由21个硫代脱氧核苷酸组成。通过抑制人类巨细胞病毒（CMV）mRNA发挥抗病毒作用。
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siRNA药物
概述（概念、分类、主要技术）
药物蛋白质组学及应用 第九章 药物蛋白质组学 (Phamacoproteomics)
单核苷酸多态性(SNP)、单体型、检测技术
遗传变异与药物应答
基因分型指导合理用药
药物基因组学与新药研发、个性化用药
第八章 药物转录组学
反义药物
siRNA药物与基因失活性治疗
第九章 药物蛋白质组学
主要研究技术
药物蛋白质组学的应用
药靶候选基因的鉴定
反义药物和siRNA药物 包括：反义DNA、 反义RNA、 核酶 反义药物：通过与靶DNA 或 mRNA 互补杂交，阻止或抑制靶基因表达，发挥治疗作用的药物。
第二节 转录组学在药学中的应用
反义药物特点:
新的化学物质（核酸）； 新的药物受体（DNA或mRNA）； 新的结合方式（碱基配对 ）；新的结合后反应（降解靶RNA）。
名词解释：3分/题，10题
填空题：1分/空，20空
论述题：10分/题，3题
案例分析题：20分/题，1题
考试题型
基因、基因组、基因组学 病毒、原核生物、真核生物基因组特点 重叠基因、操纵子、断裂基因、基因家族；顺式作用元件、反式作用因子、启动子
人类基因组计划
第一章 基因与基因组
核酸分子杂交：核酸探针
1
2
第二篇 药学分子生物学应用
一、蛋白质组学(proteomics) 蛋白质组 (Proteome)： 一种细胞、某一特定组织或个体所表达的全部蛋白质。 蛋白质组学 (Proteomics)：从整体水平研究蛋白质组成、表达水平、翻译后修饰、相互作用的学科。
转录组学分享-概述说明以及解释
转录组学分享-概述说明以及解释1.引言1.1 概述转录组学是一门研究基因转录过程中所有mRNA的完整组合的学科。
随着基因组学的发展，转录组学成为研究基因表达调控的重要工具，它可以帮助我们全面了解基因组中不同基因的表达模式，并探究这些表达模式在生物体发育、疾病进程和环境变化中的作用。
转录组学的出现极大地促进了对基因表达调控的研究。
传统的基因研究主要关注单个基因的功能，而转录组学则通过高通量测序技术，可以同时分析成千上万个基因的表达情况。
这种全局性的研究方法使得我们能够更加深入地了解基因组的内部运作机制。
转录组学的应用领域非常广泛。
在医学研究中，转录组学可以帮助我们揭示疾病的发生发展机制，寻找诊断和治疗疾病的新靶点和标志物。
在农业领域，转录组学可以帮助我们改良作物品种，提高产量和抗逆能力。
此外，转录组学还可以应用于环境科学、生物工程、毒理学等多个领域。
在进行转录组学研究时，我们常常需要使用一系列的研究方法。
例如，我们可以通过RNA测序技术获取全基因组的转录信息，利用生物信息学分析软件进行数据处理和生物信息学挖掘，以揭示基因表达模式和相关的功能。
此外，还可以利用实验手段，如差异表达基因筛选、mRNA定量检测等，来验证分析结果和深入了解基因的功能。
转录组学在生物学领域的重要性不言而喻。
通过转录组学的研究，我们可以更好地理解基因表达调控的机制，揭示生物体内部的复杂生物学过程，为疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。
未来，随着转录组学技术的进一步发展和应用，我们相信转录组学将在更多领域发挥重要作用，并为人类的健康和生活带来更大的价值。
1.2文章结构文章结构是指文章的组织框架和内容安排。
在本文中，我们将按照以下结构来展开对转录组学的分享。
首先，我们将在引言部分简要概述本文的主题和内容，为读者提供一个整体的认识。
接下来，文章将分为正文和结论两个部分。
在正文部分，我们将首先介绍什么是转录组学，包括其定义和基本原理。
转录组学 表观组学研究方法和技术路线
转录组学表观组学研究方法和技术路线全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：转录组学和表观组学是现代生物学领域中非常重要的研究方向，通过研究基因的转录和表观调控，揭示生物体内基因的表达模式和调控机制。
本文将介绍转录组学和表观组学的研究方法和技术路线，希望能够为相关领域的研究工作者提供一些参考和帮助。
一、转录组学研究方法和技术路线转录组学是研究特定生物体内所有基因的转录水平和表达模式的学科，可以帮助科研人员深入了解生物体内所有基因的功能和调控关系。
转录组学的研究方法和技术路线主要包括以下几个方面：1. RNA测序技术RNA测序技术是转录组学研究中最为重要的技术之一，可以帮助研究者高通量的分析样本中所有基因的mRNA表达水平。
常见的RNA 测序技术包括Sanger测序、芯片微阵列、RNA-seq等。
RNA测序技术不仅可以揭示不同组织、不同生理状态下的基因表达模式，还可以发现新的基因和转录本。
2. 数据分析和生物信息学技术转录组学研究产生的大量数据需要通过生物信息学技术进行分析和解读。
生物信息学技术包括对RNA测序数据的质控、比对、组装、差异表达基因分析等。
科研人员需要掌握各种生物信息学工具和软件，对转录组学数据进行合理的处理和解读。
3. 功能注释和通路分析转录组学研究的结果需要进一步进行功能注释和通路分析，以揭示基因的功能和调控网络。
常见的功能注释工具包括Gene Ontology （GO）、KEGG Pathway等。
通过对基因的功能进行注释和通路分析，可以更好地理解基因之间的相互作用和调控关系。
4. 转录因子和miRNA分析转录组学研究可以揭示生物体内转录因子和miRNA的作用机制，科研人员可以通过RNA测序数据分析转录因子和miRNA的结合位点，探索其在基因表达调控中的作用。
转录因子和miRNA的分析可以帮助科研人员更好地理解基因表达调控的复杂性和精细性。
表观组学是研究基因表观调控的学科，通过对DNA甲基化、组蛋白修饰等表观标记的分析，揭示基因的表观遗传调控机制。
转录组学PPT课件
况。
• 微阵列或基因芯片（DNA chip）:利用光导化学合成、照相 平板印刷以及固相表面化学合成等技术，在固相表面合成
成千上万个寡核苷酸探针，并与放射性同位素或荧光物标
记的来自不同细胞、组织或整个器官的DNA或mRNA反转
录生成的第一链cDNA进行杂交，然后用特殊的检测系统
对每个杂交点进行定量分析.。
5
Experimental overview:
Cell population A
Cell population B
AA B B
RNA extraction
Quantify pixel intensities.
AA BB
Reverse transcription
Sample A labelled with cy5 dye
.
11
六、应用
• 1、共生体系中的应用 焦磷酸测序技术对沿海双壳软颚芒哈 与其体内的硫杆共生菌总RNA 约160 万 个序列（500 Mbp）进行测序
.
12
• 2、肠道微生物研究中的应用
Gosalbes 等［19］运用454 技术对10 位健康人 的肠道微生物群落cDNA 进行测序，通过16S rRNA分析微生物群落的结构和组成，发现 厚壁菌门占48 生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第12期49.18％，拟杆菌门占 31.42％，变形菌门占3.66％，放线菌门占0.4 ％。宏转录组技术在挖掘新功能基因、新 活性酶上的能力远远.高于宏基因组技术。 13
.
14
• 4、在土壤、海洋生态环境中的应
用目前宏转录组学研究大部分仍集 中在对海洋与土壤生态环境群落微 生物宏转录组的研究中，表1归纳
药物转录组学
④检测分析
1. 激光激发使含荧光标记的DNA片段发射荧光 2. 激光扫描仪或激光共聚焦显微镜采集各杂交 点的信号 3. 软件进行进行图象分析和数据处理
2.基因表达系列分析
• 基因表达系列分析（Serial Analysis of Gene Expression，SAGE）是通过快速和详细分析 成千上万个EST（express sequenced tags）来 寻找出表达丰富度不同的SAGE标签序列， 从而比较完整地获得基因组的表达信息。 • SAGE能够快速、全范围提取生物体基因表 达信息，对已知基因进行量化分析。SAGE 也能应用于寻找新基因。
样品制备
样品分离纯化
DNA , mRNA
扩增
PCR, RT—PCR，固相PCR
标记
荧光标记（常用Cy3、Cy5），生物素、放射性标 记
分子杂交
样品与DNA芯片上的探针阵列进行杂交。 与经典分子杂交的区别： 1. 杂交时间短，30分钟内完成 2. 可同时平行检测许多基因序列
影响杂得到的标签数据进行分析处理。在所测 得序列中的每个双标签体之间由锚定酶序列相间 隔，每一标签序列是否出现以及出现的频率将代 表基因是否表 达以及表达的水平。一般一个测序 反应的结果可得到约20个双标签体，亦即包含了 约40个转录本的信息。
（三）转录组学（ transcriptomics ） 是在整体水平上研究细胞编码基因转录 情况及转录调控规律的科学。
转录组学研究方法： 1.基因芯片技术 2. 基因表达系列分析（Serial Analysis of Gene Expression，SAGE） 3.大规模平行信号测序系统 4. RNA测序技术
• EST（Expressed Sequence tags，表达序列 标签 ）是从已建好的cDNA库中随机抽取克 隆，从5’末端或3’末端对插入的cDNA片段 进行一轮单向自动测序，所获得的约60500bp的一段cDNA序列。
药物组学 ppt课件
基因组学成为多学科相互渗透的“大科学”
❖ 生物学科、医学、药学、计算机科学、化学、 数学、物理学、电子工程学、考古学和地学 等
❖ 基因组学无疑已成为当前和今后相当长的时 期内较活跃和影响较大的生物科学前沿学科 之一。
主要内容
❖ 第七章 药物基因组学 ❖ 第八章 药物转录组学 ❖ 第九章 药物蛋白质组学 ❖ 第十章药物代谢组学
第二类是以聚合酶链式反应（PCR反应）为核心的分子 标记技术，包括：
★ 随机扩增多态性DNA标记（简称RAPD标记）；
★ 简单序列重复标记（SSR标记）或简单序列长度多态 性（SSLP标记）；
★ 扩展片段长度多态性标记（AFLP标记）；
★ 序列标位（Sequence tagged sites, 简称STS标 记）；
国际人类基因组单体型图计划：HapMap计划
❖ HapMap计划将鉴定来自世界不同地区的四个群体 的常见单体型，以及特异识别这些单体型的标签 SNPs。
❖ 2002年10月，中国、美国、英国、日本、加拿大五 国代表在美国华盛顿正式启动了这项计划。中国完 成10％，美国完成31％，日本占25％，英国占24％， 加拿大占10％。
❖ 中国负责3号、21号和8号染色体单体型图的绘制。
❖ 通过单体型图计划将鉴定出20 ～100 万个标签SNP 位点。
2. 药物基因组学的研究方法
❖ 目的：通过基因分型的方式指导个体化治疗。 ❖ 核心内容：筛选和鉴定与疾病或药物应答表
型相关的遗传标记物。 ❖ 常用方法：关联分析方法。
基于候选基因的关联分析和 基于全基因组的关联分析
药物组学
第七、八、九、 十章
药物基因组学、转录组 学、蛋白质组学、代谢
组学
转录组学研究在药物发现中的应用
转录组学研究在药物发现中的应用一、转录组学研究概述转录组学是研究细胞或组织中所有RNA分子的表达模式的科学。
它不仅包括mRNA，还涵盖了非编码RNA如miRNA、lncRNA等。
转录组学研究在药物发现中扮演着越来越重要的角色，通过揭示基因表达的变化，有助于理解疾病的分子机制，发现新的治疗靶点，以及优化药物的设计和开发。
1.1 转录组学研究的核心特性转录组学研究的核心特性主要体现在以下几个方面：- 全面性：能够覆盖细胞或组织中所有的RNA分子，包括编码和非编码RNA。
- 动态性：能够反映基因表达在不同时间点的变化，揭示基因调控的动态过程。
- 特异性：能够区分不同组织、细胞类型或疾病状态下的基因表达模式。
1.2 转录组学研究的应用场景转录组学研究的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 疾病机理研究：通过分析疾病状态下的基因表达变化，揭示疾病的分子机制。
- 新药靶点发现：通过比较疾病和正常状态下的基因表达差异，发现潜在的药物靶点。
- 药物反应监测：通过监测药物处理前后的基因表达变化，评估药物的效果和副作用。
- 个体化治疗：通过分析个体的基因表达特征，指导个体化用药和治疗方案的制定。
二、转录组学研究在药物发现中的应用转录组学研究在药物发现中的应用是一个多方面、多层次的过程，涉及到基因表达分析、靶点发现、药物设计等多个环节。
2.1 基因表达分析基因表达分析是转录组学研究的基础，通过高通量测序技术，如RNA-Seq，可以全面、精确地测量细胞或组织中的RNA表达水平。
基因表达分析在药物发现中的应用主要体现在以下几个方面：- 疾病标志物发现：通过比较疾病和正常状态下的基因表达差异，发现疾病相关的标志物。
- 药物靶点验证：通过分析药物处理前后的基因表达变化，验证药物的作用机制和靶点。
- 药物反应预测：通过分析个体的基因表达特征，预测药物的反应和疗效。
2.2 新药靶点发现新药靶点的发现是药物发现的关键环节，转录组学研究在这一过程中发挥着重要作用。
8.药物转录组学
Real-time PCR 基本原理
➢ Ct：threshold cycle
SYBR-Green荧光染料标定dsDNA
TaqMan探针法
2020/3/8
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N1
N2
ΔCt
➢ 理论上N1/N2 = 2^ΔCt
➢ 实际上PCR扩于检测基因表达，需要在低温、高盐浓 度下进行较长时间的反应 。
➢用于突变检测，需要在高温、低盐浓度下 进行较短时间的反应 。
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杂交结果的检测及分析
➢检测方法很多，如荧光显影法、质谱法、 化学发光和光导纤维等，使用最广泛的是 荧光显影法。
➢荧光检测器主要有激光共聚焦显微扫描系 统和高性能的电荷偶联照相机(CCD) 。
50
芯片
激光光源 电子束分裂器
聚焦小孔
检 测 器
物镜
滤光镜 聚光镜
图5 荧光显影法
51
52
基因芯片的数据分析
➢基因芯片的数据分析，就是把原始数据按 一定标准精简、归类，然后从归类数据中 寻找有实际生物学意义的过程。
➢合理选择数据分析方法，是充分发挥基因 芯片功能的必要条件。
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芯片数据分析的步骤
Heller等构建了96个基因的cDNA微阵，用于检测分析 风湿性关节炎（RA）相关的基因
现在，肝炎病毒检测诊断芯片、结核杆菌耐药性检测 芯片、多种恶性肿瘤相关病毒基因芯片等一系列诊断 芯片逐步开始进入市场。
➢筛选药物
即可以利用基因芯片分析用药前后机体的不同 组织、器官基因表达的差异 。
基因芯片的优点和缺点
2. 组织、器官特异性
不同器官或组织的功能不一样
3. 代谢或发育特异性
第8章 药物转录组学
原位合成(In Situ Synthesis)
Light directed oligonucleotide synthesis.
A solid support is derivatized with a covalent linker molecule terminated with a photolabile protecting group. Light is directed through a mask to deprotect and activate selected sites, and protected nucleotides couple to the activated sites. The process is r e p e a t e d , a c t i va t i n g different sets of sites and coupling different bases allowing arbitrary DNA probes to be constructed at each site.
2.基因表达系列分析
• 基因表达系列分析（Serial Analysis of Gene Expression，SAGE）是通过快速 和详细分析成千上万个EST（express sequenced tags）来寻找出表达丰富度 不同的SAGE标签序列，从而比较完整地 获得基因组的表达信息。 • SAGE能够快速、全范围提取生物体基因 表达信息，对已知基因进行量化分析。 SAGE也能应用于寻找新基因。
通常用计算机硅芯片作为固相支持物，所以 称为DNA芯片 。
生物芯片包括：
DNA芯片：寡核苷酸和cDNA 蛋白质芯片 其它芯片
• 按用途分
– 表达谱芯片 – 诊断芯片 – 指纹图谱芯片 – 测序芯片 – 毒理芯片
转录组学技术在新药研发中的应用
转录组学技术在新药研发中的应用转录组学技术是一种通过研究细胞基因转录来了解基因调控和基因功能的高通量技术。
近年来，随着转录组学技术的不断成熟和发展，它已经在药物研发领域得到了广泛应用。
本文将就转录组学技术在新药研发中的应用展开探讨。
一、转录组学技术在药物研发中的意义随着人们对生物信息学的认识和发展，转录组学技术的出现为生物科学带来了一次轰动性变革。
转录组学技术能够对整个基因组的转录事件进行高通量检测和分析，从而揭示基因表达调控机制，提高基础研究的精度和效率。
在药物研发过程中，转录组学技术的应用可以大幅度提升检测的准确性和效率，并可提供药物研究所需的核心信息。
例如，开发新药物需要确定药物的活性成分和代谢途径，而转录组学技术可以帮助研究人员确定哪些基因参与了对药物的代谢和转化。
二、转录组学技术的应用与意义1.发现新的药物靶点转录组学技术可以揭示基因在生理发育和疾病发生过程中的表达特征，从而在基因和蛋白质水平上揭示新药物的作用靶点，为寻找新药物提供依据。
例如，利用基于转录组数据的基因表达谱，可以找到与肿瘤发生和转移相关转录因子和生长因子，为药物开发提供可能的靶点。
2.优化药物组成转录组学技术可以评估给药和药物治疗对基因表达的影响，从而发现治疗效果更佳的药物组成。
例如，在临床试验前，通过转录组学技术可以筛选出与治疗效果相关的基因标记，这些标记可以判断给药是否会达到预期治疗效果，进而通过药物组成的设计来优化药物疗效。
3.研究药物代谢途径药物代谢过程复杂，其中包括多种酶和转录因子参与，基于转录组数据的代谢途径分析可以进一步研究某一药物的代谢情况，推测药物可能会出现的毒性和不良反应，加速药物开发进程，并对临床试验的安全性和有效性提供重要依据。
4.实现个体化治疗基于转录组数据分析，可以发现不同基因型和表型的个体对同一药物的不同反应，实现个体化治疗。
例如，利用转录组数据可以发现某些基因表达水平与药物对恶性肿瘤的治疗效果相关，从而个体化指导药物治疗，增加肿瘤治疗的成功率和减轻不良反应。
中药代谢组学和转录组
中药代谢组学和转录组1.引言1.1 概述中药代谢组学和转录组学是两个重要的研究领域，涉及到中药在人体内的作用机制和效应评估。
中药代谢组学旨在研究中药在人体内的代谢过程，包括其代谢产物的生成、转运和消除等。
转录组学则关注中药对人体基因表达的调控作用，研究中药对基因转录的影响以及相关的信号通路。
中药代谢组学和转录组学的研究内容广泛，涵盖了多个层面和方面。
从分子层面来看，代谢组学和转录组学可以揭示中药对代谢途径、酶系统以及信号通路的影响，从而进一步了解中药的药效和作用机制。
从整体层面来看，这两个研究领域可以帮助我们认识中药对整个生物体的影响，包括药物代谢动力学、药效学和药物安全性评价等方面。
中药代谢组学的方法主要包括高通量质谱技术、核磁共振技术以及代谢产物分析技术等。
而中药转录组学主要依赖于高通量测序技术和生物信息学分析，通过对整个基因组的表达进行监测和分析。
这两个研究领域的应用十分广泛。
中药代谢组学可以帮助药物研发人员对中药进行药代动力学研究，评估中药的安全性和药效，指导药物剂量和给药方式的设计。
中药转录组学则可以用于探索中药的治疗潜力和药理作用，研究中药与疾病之间的关联，促进个性化药物治疗的发展。
综上所述，中药代谢组学和转录组学是两个重要的研究领域，通过研究中药在人体内的代谢和基因表达调控作用，可以深入了解中药的药理机制和治疗潜力，为中药的发展和应用提供科学依据。
这两个研究领域的发展将对中医药学科的进一步发展和临床应用产生积极的推动作用。
文章结构部分可以写成以下内容：1.2 文章结构本文将分为引言、正文和结论三个部分来探讨中药代谢组学和转录组的相关内容。
引言部分将概述中药代谢组学和转录组的研究背景和意义，介绍中药代谢组学和转录组的概念及其在中药研究领域中的重要性。
正文部分将重点介绍中药代谢组学和转录组的相关内容。
首先，我们将介绍中药代谢组学的背景，包括中药代谢组学的定义、发展历程和研究方法。
然后，我们将详细介绍中药代谢组学的应用领域，包括中药疾病治疗的个体化医学和药物安全性评估等。
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三者比较
• 芯片无法同时大量地分析组织或细胞内基 因组表达的状况，而且由于芯片技术需要 准备基因探针，所以可能漏掉那些未知的、 表达丰度不高的、可能是很重要的调节基 因。SAGE是近年来发展的以测序为基础的 分析特定组织或细胞类型中基因群体表达 状态的一项技术。其显著特点是快速高效 地、接近完整地获得基因组的表达信息。 SAGE可以定量分析已知基因及未知基因表 达情况，在疾病组织、癌细胞等差异表达 谱的研究中，SAGE可以帮助获得完整转录 组学图谱、发现新的基因及其功能、作用 机制和通路等信息。
3.大规模平行信号测序系统
• 大规模平行信号测序系统MPSS(massively parallel signature sequencing,MPSS)是 以基因测序为基础的新技术，其方法学基础 是一个标签序列（10-20bp）含有能够特异 识别转录子的信息，标签序列与长的连续分 子连接在一起，便于克隆与序列分析。通过 定量测定可以提供相应转录子的表达水平， 也就是将mRNA的一端测出一个包含10-20 个碱基的标签序列，每一个标签序列在样品 中的频率（拷贝数）就代表了与该标签相应 的基因表达水平。
三、转录组学
（一）概念
• 转录组学（transcriptomics），是一门在 整体水平上研究细胞中基因转录的情况及 转录调控规律的学科。简而言之，转录组 学是从RNA水平研究基因表达的情况。
（二）转录组学研cDNA芯片（GeneChip， microarray）
• (6) 洗脱除去寡核苷酸接头,经过Bbv1 酶切 后的cDNA 模板,进入下一轮分析。重复 (3) ～ (5) 的步骤4～5 次后,分析所得到的 16～20 张荧光显微照片,就可以读出微球体 阵列中每一个微球体上长度为16～20bp 的 cDNA 模板序列。
应用
• MPSS 一方面可提供某一cDNA 在体内特 定发育阶段的拷贝数,另一方面还可测定出 相应cDNA16～20bp 的序列,所以这就为 在转录水平上进行基因表达分析提供了强 有力的定性和定量手段,很明显这一技术首 先可以应用于不同丰度基因的差异表达分 析,制作基因转录图谱
通常用计算机硅芯片作为固相支持物，所以 称为DNA芯片 。
生物芯片包括：
DNA芯片：寡核苷酸和cDNA 蛋白质芯片 其它芯片
• 按用途分
– 表达谱芯片 – 诊断芯片 – 指纹图谱芯片 – 测序芯片 – 毒理芯片
• 芯片实验室是生物芯片技术发展的 最终目标
制备靶片 段
实验组
制备固相探 针
（组织，细胞）
• (4) 分别加入能产生红黄蓝绿杂交信号的四 套荧光探针,进行杂交, 每次杂交完毕用洗脱 液清洗微球体阵列,除去上一轮杂交的荧光 探针。用显微拍照的方法记录荧光信号,并 将四种信号的图像输入计算机储存。 • (5) 用II 型限制性酶Bbv1 进一步消化 cDNA模板,Bbv1 能在距识别位点约13 个 碱基的位置切割cDNA 双链,并在cDNA 模 板上产生下4 个碱基末端。
原位合成(In Situ Synthesis)
Light directed oligonucleotide synthesis.
A solid support is derivatized with a covalent linker molecule terminated with a photolabile protecting group. Light is directed through a mask to deprotect and activate selected sites, and protected nucleotides couple to the activated sites. The process is r e p e a t e d , a c t i va t i n g different sets of sites and coupling different bases allowing arbitrary DNA probes to be constructed at each sNA , mRNA
扩增
PCR, RT—PCR，固相PCR
标记
荧光标记（常用Cy3、Cy5），生物素、放射性 标记
分子杂交
样品与DNA芯片上的探针阵列进行杂交。 与经典分子杂交的区别： 1. 杂交时间短，30分钟内完成 2. 可同时平行检测许多基因序列
影响杂交反应的因素：
• (2) 用DpnII 酶切处理微球体上的cDNA 模 板,形成粘性末端。 • (3) 用含有II 型限制性内切酶Bbv1 识别位 点的不同寡核苷酸接头与连接在微球体上 的cDNA 模板相连接,另外每一种接头的3’ 端还带有一个荧光标记,可与荧光探针杂交, 产生荧光信号,该信号可以反映出接头5’端 与模板cDNA 杂交的不同位置上的碱基信 息,从而获取模板cDNA 的序列信息。
二、转录组与基因组的关系
1.转录组来自于基因组,量小得多但重要（人类 基因组包含有30亿个碱基对，其中大约只有 3万个基因转录成mRNA分子，转录后的 mRNA能被翻译生成蛋白质的也只占整个转 录组的40%左右）。 2.转录组的定义中包含了时间和空间的限定。 同一细胞在不同的生长时期及生长环境下， 其基因表达情况是不完全相同的。
2.基因表达系列分析
• 基因表达系列分析（Serial Analysis of Gene Expression，SAGE）是通过快速 和详细分析成千上万个EST（express sequenced tags）来寻找出表达丰富度 不同的SAGE标签序列，从而比较完整地 获得基因组的表达信息。 • SAGE能够快速、全范围提取生物体基因 表达信息，对已知基因进行量化分析。 SAGE也能应用于寻找新基因。
第八章
药物转录组学
第一节
转录组学概述
• 2000年是基因组之年，完成了人类基因 组的工作框架图，完成了一系列模式生 物和微生物的基因组序列分析。
任务与目标
基因的功能是什么？ 不同的基因参与了哪些细胞内不同的生命过程？ 基因表达的调控、基因与基因产物之间的相互 作用、以及相同的基因在不同的细胞内或者疾 病和治疗状态下表达水平？
• SAGE用于定量地、平行地分析大量的转录 本。若要知道一种组织，器官或细胞的基因 表达谱，首先从组织细胞里分离出短的诊断 性Tags ，归类并克隆。测定数千个克隆的 DNA序列就可以了解代表这种组织、器官或 细胞的功能的基因表达谱。所以SAGE提供 了一种广泛应用的工具，定量地分析比较各 种正常组织细胞，各种发育状态和各种病理 状态下的基因表达谱。
SA dT为引物将mRNA反转 录合成双链cDNA，经锚定酶（Anchoring Enzyme, AE）酶（如Nla Ⅲ、Sau3AⅠ等） 切后收集cDNA的3’端部分。
anchor 锚，靠山 synthesis 综合物
• MPSS是对SAGE的改进，它能在短时间内 检测细胞或组织内全部基因的表达情况， 是功能基因组研究的有效工具。因其需要 配套的软硬件较为昂贵，目前国内外的相 关应用报道不多。MPSS技术对于致病基因 的识别、揭示基因在疾病中的作用、分析 药物的药效等都非常有价值，该技术的发 展将在基因组功能方面及其相关领域研究 中发挥巨大的作用。
对照组 （组织，细胞）
提取mRNA
Cy5标记
提取mRNA
Cy3标记
杂交
结果观察，信息分析
基因芯片的特点：
1. 2. 3. 4. 5. 6. 操作简单 自动化程度高 序列数量大 检测效率高 应用范围广 成本较低
DNA芯片技术步骤
芯片制备
实性材料：硅芯片、玻片和瓷片 需进行预处理，使其表面衍生出羟基、氨 基活性基团。 膜性材料：聚丙烯膜、尼龙膜、硝酸纤维膜 通常包被氨基硅烷或多聚赖氨酸
技术方法
• (1) 首先将cDNA 模板体外“克隆”到直径 5μm的微球体上。“克隆”的方法主要是利 用人工设计长度不同的两类互补寡核苷酸,分 别与cDNA 模板和微球体连接之后,再将 cDNA 模板与微球体连接起来。为了能装载 下细胞内所有的cDNA 模板(若以3～4 ×104 个基因计算) ,寡核苷酸的数量至少应该要比 模板的量多100 倍以上。
盐浓度、温度、反应时间、DNA二级 结构
④检测分析
1. 激光激发使含荧光标记的DNA片段发射荧光 2. 激光扫描仪或激光共聚焦显微镜采集各杂交 点的信号 3. 软件进行进行图象分析和数据处理
基因芯片工作流程示意图
目录
DNA芯片技术的应用
DNA测序；杂交测序（SBH） 基因表达谱分析： 基因组研究：作图、测序、基因鉴定、基因 功能分析 基因诊断：寻找和检测与疾病相关的基因及 在RNA水平上检测致病基因的表达 药物研究与开发：
zyme酶，病菌 enzyme酶
• ②将收集的3’端cDNA等分为两部分，分 别同接头A、B相连接。每一种接头的结构 都由PCR扩增引物A或B的序列、标签酶识 别位点和锚定酶识别位点三部分组成。 • 标签酶（Tagging Enzyme, TE）是一种 IIS类限制性内切酶，如BsmF I等，它在距 识别位点下游约20bp的位置切割DNA双链。
一、转录组（transcriptome）
广义是指某一生理条件下某个物种或者特定 细胞类型产生的所有RNA的集合，包括信 使RNA、核糖体RNA、转运RNA及非编码 RNA；狭义上指所有mRNA的集合。 • 以DNA为模板合成RNA的转录过程是基因 表达的第一步，也是基因表达调控的关键 环节。所谓基因表达，是指基因携带的遗 传信息转变为可辨别的表得到的标签数据进行分析处理。 在所测得序列中的每个双标签体之间由锚定 酶序列相间隔，每一标签序列是否出现以及 出现的频率将代表基因是否表 达以及表达的 水平。一般一个测序反应的结果可得到约20 个双标签体，亦即包含了约40个转录本的信 息。
1.基因芯片技术