化学生物学导论-雷晓光 PPT
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NIH Directors New Innovator Program重点资助的研究方向
分子库和成像计划 (Molecular Libraries and Imaging, MLI) 生物医学路线图计划 (NIH Roadmap for Medical Research )
NIH Roadmap资助的小分子筛选中心网络
研究背景：利用活性小分子探索化学与生物医学交叉
发现
制备
评价
活性化学小 分子探针
基础生命科 学研究
转化医学 创新药物研究
研究策略
细胞死亡的 小分子化学调控
高通量筛选 化学遗传学
通过天然产合成化学、化学遗传 学、分子生物学等多学科交叉， 利用活性小分子研究细胞死亡的
生物作用机制和调控方法
活性天然产物 导向的化学
生物学
Nat. Chem. Biol. 2015, under review Nat. Chem. Biol. 2013, 9, 84-89 Cell 2012, 148, 213-227 Cell Res. 2010, 20, 1289-1305
Nat. Commun. 2015, 6, 6522 Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1011-1015
Nat. Chem. Biol. 2005, 1, 64. Stuart Schreiber “Chemical Biology provides the missing smallmolecule piece of the central dogma. Chemical Biologists make both small and large “small molecules”, and they use them to illuminate the principles that underlie life.”
研究背景：经典的细胞死亡途径（细胞凋亡和坏死）
细胞凋亡 (apoptosis) 细胞坏死 (necrosis) 细胞死亡的分子作用机制和调控方法
科学难点：调控基因致命性，信号转导通路复杂 研究现状：经典生物遗传学无法阐明所有未知生物同路；
高效，可视，可控，定量化的化学方法亟待发展
Hallmarks of Cancers
NO特殊生理活性发现 （ 1774年, Joseph Priestly ）
化学生物学出现的标志-专门学术刊物
(cell)
1994年创刊
ห้องสมุดไป่ตู้
(Springer)
2001年创刊
1997年创刊
(Elsevier)
2008年创刊
化学生物学出现的标志-专门学术刊物
2000年创刊
2004*年创刊
2006年创刊
(Wiley)
Hanahan and Weinberg Cell 2011, 144, 646
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS)-肌萎缩侧索硬化症
Extrinsic Pathways for Programmed Cell Death
Our aims: using small molecules to dissect and modulate cell death!
一. 化学生物学概述 二. 细胞死亡的化学生物学研究
什么是化学生物学
医学
化学
生物学
生命
化学
✪提供生命研究的化学技术 ✪发展生命调控的化学方法 ✪揭示生命运动的化学本质
Nat. Chem. Biol. 2005, 1, 3.
“In our view, chemical biology focuses on understanding biological systems at the molecular level and using these mechanistic insights to expand chemistry and biology in new directions”.
日本 日本学术振兴会（JSPS）
什么是化学生物学 国际发展与资助情况 我国发展与资助情况 主要研究方向
我国发展与资助情况 学科建设情况（国家自然科学基金委员会）
2003年 化学二处设立了化学生物学学科 2005年 生物有机与化学生物学学科代码 B0207 2013年 化学生物学学科代码B0212
美国的化学生物学高水准研究单位：
英国 支持化学生物学研究的基金机构:
EPSRC: Engineering and Physical Sciences Research
Council (英国工程和自D然ece科mb学er研03究, 20委13员会)
BBSRC: Biotechnology and Biological Sciences
化学生物学导论
北京大学 北大-清华 生命科学联合研究中心
一. 化学生物学概述 二. 细胞死亡的化学生物学研究
个人教育与工作经历
教育背景：
2001－2006 美国波士顿大学 博士（有机化学与化学生物学） 导师：Prof. John Porco 1997－2001 北京大学 学士（化学） 导师：王剑波 教授
Nat. Commun. 2014, 5, 4614 Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12111-12115 Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 9257-9261
J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4996-4999 J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 12414-12417 Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 491-495
为生命科学研究提供全新的方法和手段
蛋白质靶标
Peter Schultz
Carolyn Bertozzi
15
化学生物学近代典型研究工作
M. Bucci, C. Goodman, T. L. Sheppard “A decade of chemical biology” Nat. Chem. Biol. 2010, 6 (12), 847-854.
（1） 分子探针
Nature Chemical Biology关于“化学探针”与 “药物”区别的总结
（2） 生物分子的化学合成与标记
（3） 生物相容反应的发展及应用
（4） 化学遗传学
（5） 生物合成化学
（6） 药物发现的化学生物学
（7） 应用化学生物学
（8） 新方法、新理论及应用
一. 化学生物学概述 二. 细胞死亡的化学生物学研究
英国伦敦皇家学院、肿瘤研究所等单位联合组建了化 学生物学（）研究中心，从事生物膜的结构与功能研 究。
化学生物学和生物化学的资助比例（A）参与这些研究的学生人数比例（B） EPSRC （2008）
德国 德国科学基金会（DFG）
合作研究中心（CRC）
目前获DFG资助的多个CRC中心都是在化学与生 物学的交叉界面上开展研究工作，化学生物学是 其主要的研究领域之一。
necroptosis
Chemical Genetics Using Small Molecules
Forward chemical-genetics includes screening exogenous ligands with a cell-based assay, selecting a ligand that shows a phenotype of interest, and identifying the protein target(s) of this ligand. Reverse chemical-genetics includes overexpressing a protein of interest, screening for a chemical ligand for the protein, and using the ligand to determine the phenotypic consequences of altering the function of this protein in a cellular context.
Research (英国生物技术与生物科学研究理事会)
MRC: Medical Research Council (英国医学研究理事会) Royal Society (Fellowships) (英国皇家学会). Wellcome Trust, Cancer Research UK, EU funding, Leverhulme Trust
2005年创刊
化学生物学出现的标志-专门学术刊物
2006年创刊
2004年创刊
2005年创刊
2005年创刊
(Royal Society)
什么是化学生物学 国际发展与资助情况 我国发展与资助情况 主要研究方向
国际发展与资助情况
利用外源物质（小分子探针）研究生命体系
Stuart Schreiber
化学小分子
“Chemical biology is a scientific discipline spanning the fields of chemistry and biology that involves the application of chemical techniques and tools, often compounds produced through synthetic chemistry, to the study and manipulation of biological systems.”
信号转导过程研究”（20000万）
化学生物学研究机构分布
北京大学 清华大学 中国科学院生物 物理研究所
武汉大学 华中师范大学
四川大学 中国科学院成都 生物化学研究所
中国科学院上海 有机化学研究所
中国科学院上海 药物化学研究所
什么是化学生物学 国际发展与资助情况 我国发展与资助情况 主要研究方向
主要研究方向
化学生物学是一门利用外源的化 学物质、化学方法或途径，在分 子层面上对生命体系进行精准和 动态的修饰、调控和阐释的科学。
化学生物学与生物化学的区别
核心思想：外源化学 核心工具：化学探针 核心任务：分子精度 核心目标：揭示生命本质并服务于化学
化学生物学出现的标志-专门研究机构
(1996) (1996)
化学生物学近代典型研究工作
Methods of the Year 2010-2013, Nature Method
2010
2011
2012
2013
美国 NSF: National Science Foundation NIH: National Institute of Health DOE: Department of Energy
Herbert Waldmann: “Chemical biology—as the name suggests––employs the methods and techniques of chemistry for the study of biological phenomena.
J. Biol. Chem. 2010, 285, 11031-11032.
基金资助引领化学生物学发展
80年代初 攀登计划“生命过程中的化学问题” 九五计划 化学与生命科学交叉的重大项目5项 十五计划 化学与生命科学交叉的重点项目32项 2003-2005 化学与生命科学交叉的重大国际合作
(8项, 60-95万/项) 2004-2006 健康领域的交叉面上项目 (2000万/年) 2007-2015 重大研究计划“基于化学小分子探针的
“Chemical biology—as the name suggests––-employs the methods and techniques of chemistry for the study of biological phenomena.
ChemBioChem 2009, 10, 16-29
工作经历：
2014－现在 北大-清华生命中心 高级研究员 2014－现在 北京大学 化学学院 教授 2008－2014 北京生命科学研究所 研究员，高级研究员 2008－2014 天津大学 药学院 副教授，教授 2006－2008 美国哥伦比亚大学 博士后（生物有机化学） 合作导师：Prof. Samuel Danishefsky
分子库和成像计划 (Molecular Libraries and Imaging, MLI) 生物医学路线图计划 (NIH Roadmap for Medical Research )
NIH Roadmap资助的小分子筛选中心网络
研究背景：利用活性小分子探索化学与生物医学交叉
发现
制备
评价
活性化学小 分子探针
基础生命科 学研究
转化医学 创新药物研究
研究策略
细胞死亡的 小分子化学调控
高通量筛选 化学遗传学
通过天然产合成化学、化学遗传 学、分子生物学等多学科交叉， 利用活性小分子研究细胞死亡的
生物作用机制和调控方法
活性天然产物 导向的化学
生物学
Nat. Chem. Biol. 2015, under review Nat. Chem. Biol. 2013, 9, 84-89 Cell 2012, 148, 213-227 Cell Res. 2010, 20, 1289-1305
Nat. Commun. 2015, 6, 6522 Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1011-1015
Nat. Chem. Biol. 2005, 1, 64. Stuart Schreiber “Chemical Biology provides the missing smallmolecule piece of the central dogma. Chemical Biologists make both small and large “small molecules”, and they use them to illuminate the principles that underlie life.”
研究背景：经典的细胞死亡途径（细胞凋亡和坏死）
细胞凋亡 (apoptosis) 细胞坏死 (necrosis) 细胞死亡的分子作用机制和调控方法
科学难点：调控基因致命性，信号转导通路复杂 研究现状：经典生物遗传学无法阐明所有未知生物同路；
高效，可视，可控，定量化的化学方法亟待发展
Hallmarks of Cancers
NO特殊生理活性发现 （ 1774年, Joseph Priestly ）
化学生物学出现的标志-专门学术刊物
(cell)
1994年创刊
ห้องสมุดไป่ตู้
(Springer)
2001年创刊
1997年创刊
(Elsevier)
2008年创刊
化学生物学出现的标志-专门学术刊物
2000年创刊
2004*年创刊
2006年创刊
(Wiley)
Hanahan and Weinberg Cell 2011, 144, 646
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS)-肌萎缩侧索硬化症
Extrinsic Pathways for Programmed Cell Death
Our aims: using small molecules to dissect and modulate cell death!
一. 化学生物学概述 二. 细胞死亡的化学生物学研究
什么是化学生物学
医学
化学
生物学
生命
化学
✪提供生命研究的化学技术 ✪发展生命调控的化学方法 ✪揭示生命运动的化学本质
Nat. Chem. Biol. 2005, 1, 3.
“In our view, chemical biology focuses on understanding biological systems at the molecular level and using these mechanistic insights to expand chemistry and biology in new directions”.
日本 日本学术振兴会（JSPS）
什么是化学生物学 国际发展与资助情况 我国发展与资助情况 主要研究方向
我国发展与资助情况 学科建设情况（国家自然科学基金委员会）
2003年 化学二处设立了化学生物学学科 2005年 生物有机与化学生物学学科代码 B0207 2013年 化学生物学学科代码B0212
美国的化学生物学高水准研究单位：
英国 支持化学生物学研究的基金机构:
EPSRC: Engineering and Physical Sciences Research
Council (英国工程和自D然ece科mb学er研03究, 20委13员会)
BBSRC: Biotechnology and Biological Sciences
化学生物学导论
北京大学 北大-清华 生命科学联合研究中心
一. 化学生物学概述 二. 细胞死亡的化学生物学研究
个人教育与工作经历
教育背景：
2001－2006 美国波士顿大学 博士（有机化学与化学生物学） 导师：Prof. John Porco 1997－2001 北京大学 学士（化学） 导师：王剑波 教授
Nat. Commun. 2014, 5, 4614 Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12111-12115 Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 9257-9261
J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4996-4999 J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 12414-12417 Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 491-495
为生命科学研究提供全新的方法和手段
蛋白质靶标
Peter Schultz
Carolyn Bertozzi
15
化学生物学近代典型研究工作
M. Bucci, C. Goodman, T. L. Sheppard “A decade of chemical biology” Nat. Chem. Biol. 2010, 6 (12), 847-854.
（1） 分子探针
Nature Chemical Biology关于“化学探针”与 “药物”区别的总结
（2） 生物分子的化学合成与标记
（3） 生物相容反应的发展及应用
（4） 化学遗传学
（5） 生物合成化学
（6） 药物发现的化学生物学
（7） 应用化学生物学
（8） 新方法、新理论及应用
一. 化学生物学概述 二. 细胞死亡的化学生物学研究
英国伦敦皇家学院、肿瘤研究所等单位联合组建了化 学生物学（）研究中心，从事生物膜的结构与功能研 究。
化学生物学和生物化学的资助比例（A）参与这些研究的学生人数比例（B） EPSRC （2008）
德国 德国科学基金会（DFG）
合作研究中心（CRC）
目前获DFG资助的多个CRC中心都是在化学与生 物学的交叉界面上开展研究工作，化学生物学是 其主要的研究领域之一。
necroptosis
Chemical Genetics Using Small Molecules
Forward chemical-genetics includes screening exogenous ligands with a cell-based assay, selecting a ligand that shows a phenotype of interest, and identifying the protein target(s) of this ligand. Reverse chemical-genetics includes overexpressing a protein of interest, screening for a chemical ligand for the protein, and using the ligand to determine the phenotypic consequences of altering the function of this protein in a cellular context.
Research (英国生物技术与生物科学研究理事会)
MRC: Medical Research Council (英国医学研究理事会) Royal Society (Fellowships) (英国皇家学会). Wellcome Trust, Cancer Research UK, EU funding, Leverhulme Trust
2005年创刊
化学生物学出现的标志-专门学术刊物
2006年创刊
2004年创刊
2005年创刊
2005年创刊
(Royal Society)
什么是化学生物学 国际发展与资助情况 我国发展与资助情况 主要研究方向
国际发展与资助情况
利用外源物质（小分子探针）研究生命体系
Stuart Schreiber
化学小分子
“Chemical biology is a scientific discipline spanning the fields of chemistry and biology that involves the application of chemical techniques and tools, often compounds produced through synthetic chemistry, to the study and manipulation of biological systems.”
信号转导过程研究”（20000万）
化学生物学研究机构分布
北京大学 清华大学 中国科学院生物 物理研究所
武汉大学 华中师范大学
四川大学 中国科学院成都 生物化学研究所
中国科学院上海 有机化学研究所
中国科学院上海 药物化学研究所
什么是化学生物学 国际发展与资助情况 我国发展与资助情况 主要研究方向
主要研究方向
化学生物学是一门利用外源的化 学物质、化学方法或途径，在分 子层面上对生命体系进行精准和 动态的修饰、调控和阐释的科学。
化学生物学与生物化学的区别
核心思想：外源化学 核心工具：化学探针 核心任务：分子精度 核心目标：揭示生命本质并服务于化学
化学生物学出现的标志-专门研究机构
(1996) (1996)
化学生物学近代典型研究工作
Methods of the Year 2010-2013, Nature Method
2010
2011
2012
2013
美国 NSF: National Science Foundation NIH: National Institute of Health DOE: Department of Energy
Herbert Waldmann: “Chemical biology—as the name suggests––employs the methods and techniques of chemistry for the study of biological phenomena.
J. Biol. Chem. 2010, 285, 11031-11032.
基金资助引领化学生物学发展
80年代初 攀登计划“生命过程中的化学问题” 九五计划 化学与生命科学交叉的重大项目5项 十五计划 化学与生命科学交叉的重点项目32项 2003-2005 化学与生命科学交叉的重大国际合作
(8项, 60-95万/项) 2004-2006 健康领域的交叉面上项目 (2000万/年) 2007-2015 重大研究计划“基于化学小分子探针的
“Chemical biology—as the name suggests––-employs the methods and techniques of chemistry for the study of biological phenomena.
ChemBioChem 2009, 10, 16-29
工作经历：
2014－现在 北大-清华生命中心 高级研究员 2014－现在 北京大学 化学学院 教授 2008－2014 北京生命科学研究所 研究员，高级研究员 2008－2014 天津大学 药学院 副教授，教授 2006－2008 美国哥伦比亚大学 博士后（生物有机化学） 合作导师：Prof. Samuel Danishefsky