生物化学与分子生物学学科前沿讲座试题

生物化学与分子生物学学科前沿讲座试题

1．举例说明基因芯片技术应用领域、并简述其原理。

融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的基因芯片技术是90年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一。它是一门各学科高度交叉的新技术，具有重大的基础研究价值和产业价值。该技术可以将极其大量的探针同时固定于支持物上，可以一次对大量的生物分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交技术复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、低通量等不足。由于基因芯片（Genechip）这一专有名词已经被业界的领头羊Affymetrix公司注册专利，因而其他厂家的同类产品通常称为DNA微阵列(DNA Microarray)。

以下举两例说明基因芯片技术应用领域。

1．基因芯片技术可以用于人类疾病的诊断与治疗上。

在2002年中国爆发了SARS疫情。疫情来势凶猛，有许多人在很短的时间内感染SRAS 病毒死亡。但是，在SARS基因组序列公布不到一周的时间里，全球最大的基因芯片提供商，位于美国加利佛尼亚州的Affymetrix公司就开发处了这种致命的病毒基因芯片。

这种芯片将会在SARS流行病学研究和诊断中起到重要作用。该芯片利用加拿大，美国和亚洲所公布的SARS病毒基因组序列，包含了所有的SARS的29700个碱基。利用这一基因芯片可以帮助科学家区别这种病毒的不同株系，检测其流行动态等。同时利用这组基因芯片，还可以将病人的预后与病毒的基因型进行关联分析，以更好地了解那种病毒最为危险，并可能还能发现开发治疗方法的关键因子。它也有助于研究者了解SARS与动物病毒的联系。

这种技术的原理是从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交，然后得出标准图谱。再从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交，然后得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。

不仅是针对SARS病毒，基因芯片技术也可以用于癌症的诊断。它可能使癌症的诊断不再依赖于器官来源或显微镜下的形态，而是依靠癌症的本身的基因表达特征。这种系统性的、客观的诊断方法将对以后癌症的正确治疗起到关键作用。

2．基因芯片技术可以用于药物的筛选

我国中医药源远流长，它的疗效通过长期的临床实践得到国内的肯定。但在国际社会上没有获得公众的普遍认同和接受，因为在中药作用机理方面无法用现代医学知识作为其理论基础,缺乏一个可以量化的现代生物学指标，如在蛋白质水平和基因表达水平方面的量化指标等。缺乏现代应用基础理论已成为目前中药产业最大的瓶颈之一。解决瓶颈问题的关键在于开发一种全新的技术，能够用以大规模地研究药物的作用机理。这种技术的特点必须是：能够大规模地筛选、通用性强，适用范围广，不局限于一种或一类药物；能够在药物和基因之间架起一座桥梁；能够从基因水平解释药物的作用机理。它不仅能为药物的应用奠定坚实的理论基础，而且该方法的结果又能为药物的进一步开发和设计提供理论指导。

利用基因芯片技术首先可以了解正常组织和疾病组织基因表达谱的变化，并与组织学和生化变化联系起来。它的原理是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。因为基因表达的增加或降低可能是病理生理学的原因或结果，引起疾病的多个基因产物可以都作为药物作用的目标，从而使表达异常的基因恢复正常表达，使减轻或消失。基因芯片药物筛选可以通过用药前后表达谱的变化找出靶基因及受靶基因调控的基因，是否恢复到正常状态，并研究是否影响其他基因的表达从而带来毒副作用，准确地反映药物对基

因表达的影响。

目前，国外几乎所有的主要制药公司都不同程度地采用了基因芯片技术来寻找药物靶标，查检药物的毒性或副作用，用芯片作大规模的筛选研究可以省略大量的动物试验，缩短药物筛选所用时间，在基因组药学领域带动新药的研究和开发。

2．简述细胞凋亡最新进展（举一例）

细胞凋亡的定义是由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞自杀过程，也称为程序性细胞死亡。细胞凋亡是机体维持细胞群体数量稳态的重要手段，细胞凋亡失调（凋亡不足或/和凋亡过度）可成为某些疾病的重要发病机制。

在这里举一个细胞凋亡最新的研究进展：GADD45β在疾病诊断与治疗上的应用。

GADD45β是生长抑制和DNA损伤诱导基因GADD45家族的成员之一，参与了细胞周期行进和细胞凋亡的调控。

美国希望市国家医学中心肿瘤治疗研究科和上海第二医科大学附属瑞金医院等体外合成GADD45β基因全序列表达质粒后，研究GADD45β基因表达诱导对呈不同p53状态的肝癌细胞的作用及可能机制。采用RT-PCR法获得GADD45β基因全序列，插入pDrive 穿梭克隆载体和pIRES2-EGFP荧光表达载体后大量扩增获得DNA，结合p53全基因表达质粒pp53-EGFP转染HepG2、Hep3B细胞后，以[3H]胸腺嘧啶脱氧核苷掺入法(3H-Tdr)和细胞克隆形成法分析DNA合成变化及细胞生长能力；以双抗体夹心ELISA法测定TGF-β1表达变化。结果：成功合成GADD45β基因全序列和表达质粒，通过流式细胞仪收集转染阳性的荧光表达细胞能显著提高转染效率；转染GADD45β后,具有野p53基因的HepG2细胞的细胞克隆形成能力和DNA合成能力明显受到抑制，细胞凋亡明显增加，TGF-β1的表达亦明显受抑。与之相反，缺失p53基因的Hep3B需要同时共转染p53基因后，方出现抑制效应。研究结果表明：GADD45β基因能够有效抑制肝癌细胞的生长，其功能需要完整p53基因的辅助和(或)调控。

以上研究为我们揭示了了以下几点：①采用GADD45β基因或片段的反义分子，阻碍CADD45蛋白抑制JNK的活性，提高程序性细胞死亡的比例；②将编码GADD45β蛋白69-113氨基酸的cDNA转染细胞，提供表达cDNA的条件，使JNKK2可以结合，但不能激活JNK途径，诱导程序性细胞死亡；③鉴定可调节JNK信号途径物质的方法，即检测该物质是否可与GADD45β结合及与GADD45β结合的活性；④筛选GADD45β的抑制剂的方法，即将该物质联合TNFa处理高表达GADD45β的细胞，检测细胞凋亡水平并与只采用该物质处理的细胞比较，GADD45β的抑制剂可用于治疗慢性炎症、自体免疫疾病和癌症；

⑤治疗癌症的方法，即通过抑止GADD45β的功能增加JNK的活性。

3．简述功能基因组学与功能基因组学研究策略与相互关系

功能基因组学以提示基因组的功能及控制机制为目标，研究的核心问题包括基因组的多样性；基因组的表达及其时空调节；模式生物基因组研究等。功能基因组学强调在基因组水平或系统水平阐明基因功能，包括人体中全部基因的位置、结构、功能、表达、调控方式及致病突变的全部信息。它涉及了药物基因组学、蛋白质组学研究以及DNA芯片技术等等多个领域。功能基因组学研究的一个重要工具是生物信息学。

功能基因组学的研究策略包括基因芯片、基因表达序列分析、基因表达调控、高通量技术、生物信息分析技术、虚拟技术和数据挖掘等。功能基因组学的研究策略将出现多种技