生物信息学蛋白质数据库-课件

2013.10:Email:jywanEmail:jywan Tel:13Tel:136 6蛋白质数据库与蛋白质分析蛋白质数据库与蛋白质分析INTRODUCTION生命物质过程核酸蛋白质TheCentralDogma生物信息学生物信息学（Bioinformatics）是是由由生生物物学学和和信信息息科科学学交交叉叉融融合合形形成成的的。包包含含生生物物信信息息的的获获取取、处处理理、存存储储、发发布布、分分析析和和解解释释等等各各个个方方面面，它它综综合合运运用用数数学学、生生物物学学、计计算算机机、信信息息科科学学等等诸诸多多学学科科的的理理论论方方法法及及国国际际互互联联网网，阐阐明明和和解解释释大大量量数数据据所所包包含含的的生生物物学意义。学意义。1.数据库（DataBase）1.检索工具(RetrieveTool)1.分析软件(AnalysisSoftware)NucleicAcidsResearch杂志每年的第一期中详细介绍最新版本的各种数据库。到2013年共有1512个数据库。生物信息学的重要组成：生物信息学的重要组成：利用在线工具和离线工具分析功能和结构国际生物信息研究的主要机构国际生物信息研究的主要机构1.美国国家生物技术信息中心美国国家生物技术信息中心National Center for Biotechnology Information，NCBIGenBank和和Pubmed等公共数据库等公共数据库美国国家医学图书馆美国国家医学图书馆(NLM)的一部分的一部分(该图书馆是美国国该图书馆是美国国家卫生研究所家卫生研究所NIH的一部分的一部分).(美洲美洲)工具：工具：Entrez BLAST2.欧洲生物信息学研究所欧洲生物信息学研究所European Bioinformatics Institute，EBIEuropean Molecular Biology Laboratory（EMBL）数数据库等据库等。1992年年由由欧欧盟盟资资助助建建立立在在英英国国的的一一个个非非盈盈利利性性学学术术机机构构，也是生物信息学研究与服务的欧洲中心。（欧洲）也是生物信息学研究与服务的欧洲中心。（欧洲）工具：工具：SRS FASTA 3.日本国立遗传学研究所日本国立遗传学研究所uNational Institute of Genetics，NIGuDNA Data Bank of Japan（DDBJ）,日本日本DNA数据库数据库u是是日日本本遗遗传传学学各各方方面面研研究究的的中中心心研研究究机机构构及及生生命命科科学学所所有有领域的研究基地。（亚洲）领域的研究基地。（亚洲）u工具：工具：DBGET SEARCH KEGGNIG建建立立的的日日本本DNA数数据据库库（DDBJ）、欧欧洲洲EBI维维护护的的EMBL核核酸酸序序列列数数据据库库，以以及及美美国国NCBI的的GenBank数数据据库库，并并列列为为国国际际上上最最著著名的三大核酸数据库。名的三大核酸数据库。三大核酸数据库三大核酸数据库4.瑞士生物信息研究所瑞士生物信息研究所（Swiss Institute of Bioinformatics，SIB）数据库：数据库：SWISS-PROT5.美国国家生物医学基金会美国国家生物医学基金会（National Biomedical Research National Biomedical Research F Foundation,NBRFoundation,NBRF）数据库：数据库：PIR6.布鲁克黑文国家实验室布鲁克黑文国家实验室(Brookhaven national laboratory)数据库：数据库：PDB7.桑格研究所桑格研究所（Wellcome Trust Sanger Institute）数据库：数据库：PFAMBIOINFORMATICS OF PROTEIN一、重要的蛋白质数据库一、重要的蛋白质数据库蛋白质序列数据库蛋白质序列数据库蛋白质序列数据库蛋白质序列数据库蛋白质三维结构数据库蛋白质三维结构数据库蛋白质三维结构数据库蛋白质三维结构数据库蛋白质组数据库（二维凝胶电泳数据库）蛋白质组数据库（二维凝胶电泳数据库）蛋白质组数据库（二维凝胶电泳数据库）蛋白质组数据库（二维凝胶电泳数据库）信号传导及蛋白质信号传导及蛋白质信号传导及蛋白质信号传导及蛋白质-蛋白质相互作用相关数据库蛋白质相互作用相关数据库蛋白质相互作用相关数据库蛋白质相互作用相关数据库蛋白质和蛋白质和蛋白质和蛋白质和DNADNA相互作用数据库相互作用数据库相互作用数据库相互作用数据库ProteinSequenceDatabases(HistoricalOrder)NationalBiomedicalResearchFoundation(NBRF)=ProteinIdentificationResource(PIR)MargaretDayhoffAtlasofProteinSequencesPhylogenies,evolution,aminoacidsubstitutionmatrices(PAM)anddiscoveringactivesitesinenzymesPIRSFEvolutionaryFamily,iProClassFunctionalsiteanalysisandontologies,iProLinktoliteratureUniProt-UniversalProteinResourceSwissProt(EXPASYsite)AmosBairochManualcurationandannotationHighlycross-referencedManyusefulanalyticaltools(EXPASYTools)2D-PAGEandMassSpectrometrydatabasesPrositefunctionalmotifdatabaseUniProt-UniversalProteinResourceTREMBLTranslationofmRNAs(RefSeq),UniGene,openreadingframes(ORFs)andpredictedgenesfromgenomesAutomaticannotationsEMBL=EBIProteindatabasesClustersInterprolinkedtodomainandmotifdatabases(CATH,PANTHER,PRINTs,PROSITE,pFAM,PIRSF,PRODOM,SCOP,SMART,SUPERFAMILY)Intron-exonstructureandlinkstoORFs,codingregionsUniProt-UniversalProteinResourceNCBIProteinDatabaseProteinandnrPROdatabaseSwissProt,PIRandtranslatedgenes/genomesProteinClustersDatabase(prokaryotic)andCOGSandKOGSLinkedtocodingregionsandintron/exonstructureLinkedtocodingSNPsandvariationsdatabasesLinkedtoMMDSBstructuredatabaseLinkedto3DdomainsLinkedtoCDDConservedDomainDatabaseUCSCProteomeBrowserlSWISS-PROT SWISS-PROT（瑞士日内瓦大学）蛋白质序列数据库（瑞士日内瓦大学）蛋白质序列数据库 ExpertofProteinAnalysisSystem（Expasy）包括序列包括序列及功能信息、蛋白识别、蛋白质结构预测及其他功能及功能信息、蛋白识别、蛋白质结构预测及其他功能lNCBI NCBI 蛋白质数据库蛋白质数据库 包括所有蛋白质序列，及其翻译产包括所有蛋白质序列，及其翻译产物序列物序列 lPIR PIR（Protein Information ResourceProtein Information Resource）蛋白质序列信）蛋白质序列信息资源库（美、德）息资源库（美、德）1.蛋白质一级结构（序列）数据库蛋白质一级结构（序列）数据库 2.蛋白质二级结构（预测）数据库蛋白质二级结构（预测）数据库 蛋白蛋白质回回环数据数据库：同源模型数据同源模型数据库：蛋白蛋白质预测数据数据库：Prosite(Prosite(蛋白蛋白蛋白蛋白质质序列功能位点数据序列功能位点数据序列功能位点数据序列功能位点数据库库)：cn.expasy.org/DSSP(Definition of Secondary Structure of Proteins,DSSP(Definition of Secondary Structure of Proteins,蛋白蛋白质二二级结构构象参数数据构构象参数数据库)：FSSP(Families of Structural Similar Proteins)FSSP(Families of Structural Similar Proteins)蛋白蛋白质家族数据家族数据库：HSSP(Homology Derived Secondary Structure of Proteins,HSSP(Homology Derived Secondary Structure of Proteins,同同源蛋白源蛋白质数据数据库)：3.蛋白质三级结构数据库蛋白质三级结构数据库 lPDB(ProteinDataBank)数据库，美国Brookhaven国家实验室管理生物大分子三维空间结构原子坐标数据库lNCBISTRUCTUREMMDB（MolecularModellingDataBase）数据库，包含了从PDB获取的实验确定的生物高聚物结构分子模型数据库lSWISS-MODELRepository数据库，由瑞士生物信息研究所负责的蛋白质三维结构数据库lCATH 数据数据库：CATH(Class,Architecture,Topology and Homologous superfamily)是与是与SCOP类似的一个数似的一个数据据库。lSCOP（Structuralclassificationofproteins）数据库，英国医学研究会（MRC）剑桥分子生物学实验室开发的蛋白质结构分类数据库。包含描述蛋白质域的家族、超家族、折叠、等级等信息。蛋白质晶体学是一门十分活跃的边缘学科，1960年2012年之间已经有15名蛋白质晶体学家荣获诺贝尔奖。X-X-射线衍射（射线衍射（X-ray diffractionX-ray diffraction）和核磁共振）和核磁共振(nuclear magnetic resonance(nuclear magnetic resonance，NMR)NMR)技术技术是当前人们认识蛋白高级结构的主要手段，但两种技术都有不足之处。前者要求必需得到高标准的蛋白晶体，后者对分子量大于3万的大蛋白不能测定。英国女化学家多萝西霍奇金（DorothyHodgkin）在20世纪30年代初通过X射线发现胃蛋白酶拥有完美的晶体，这个里程碑式的发现开启了生物结晶学研究的时代。霍奇金1949年测定出了青霉素的结构，1957年又测定出了维生素B12的结构，并因此获得1964年诺贝尔化学奖。蛋白质三级结构：蛋白质三级结构：19881988年，在世界上首次解析了一种膜蛋白年，在世界上首次解析了一种膜蛋白紫细菌光合反应中心的高分辨率三紫细菌光合反应中心的高分辨率三维结构维结构 ，诺贝尔化学。诺贝尔化学。20022002年，钾离子通道和水通道的晶体结构，诺贝尔化学奖。年，钾离子通道和水通道的晶体结构，诺贝尔化学奖。2 2009009年，核糖体的晶体结构，诺贝尔化学奖。年，核糖体的晶体结构，诺贝尔化学奖。2012年，Lefkowitz和和Kobilka因研究因研究GPCR的结构和功能而获得诺贝尔化学奖的结构和功能而获得诺贝尔化学奖X射射线衍射技衍射技术在蛋白在蛋白质分析中的分析中的应用用l蛋白质结构测定：1959年佩鲁茨和肯德鲁用了23年的时间对血红蛋白和肌血蛋白进行了X射线衍射分析，解决了血红蛋白的三维空间结构获得了1962年诺贝尔化学奖。血红蛋白的空间结构 血红蛋白的X射线衍射图7/10/202421二、蛋白质数据库检索工具二、蛋白质数据库检索工具SRS,(SequenceRetrievalSystem)是欧洲分子生物学网EMBnet的主要检索工具，现已直接进入。Entrez是美国NCBI的主要检索工具，现在可以直接从Pubmed上进入。三、蛋白质分析软件三、蛋白质分析软件序列相似性分析蛋白质理化性质分析特征序列分析翻译后修饰分析结构功能域分析亚细胞定位分析1.整体相似性序列对比：理论基础是进化学说2.局部相似性序列对比：其生物学基础是蛋白质功能结构域的高度保守性。所以，通过比较分析保守位点上的残基可以对蛋白质的结构和功能进行预测。3.序列两两对比：通常用打分矩阵的方法。即两条序列分别作为矩阵的两维，矩阵点是两维上对应两个序列的相似性分数，分数越高则说明两个序列越相似。常用对比程序BLASTP：4.多序列对比：是把两条以上可能有系统进化关系的序列进行对比的方法。也可用作同源性分析。目前，使用最广泛的多序列对比程序是CLUSTALX：序列相似性分析目目前前，应应用用较较广广泛泛的的序序列列相相似似性性搜搜索索工工具具：FASTAFASTA、BLASTBLAST和和BLITZBLITZ等。等。对对于于DNADNA和和蛋蛋白白质质序序列列相相似似性性检检索索，FASTAFASTA的敏感度较高，但的敏感度较高，但BLASTBLAST检索速度较快。检索速度较快。BLITZBLITZ的运算速度较慢，但其特异性较高。的运算速度较慢，但其特异性较高。数据库序列比对软件数据库序列比对软件程序程序数据库数据库简述简述Blastp蛋白质蛋白质可能找到具有远源进化关系的匹配序列可能找到具有远源进化关系的匹配序列Blastn核苷酸核苷酸适合寻找分值较高的匹配，不适合远源适合寻找分值较高的匹配，不适合远源关系关系Blastx蛋白质蛋白质适合新适合新DNA序列和序列和EST序列的分析，能序列的分析，能够发现未知核酸序列潜在的翻译产物够发现未知核酸序列潜在的翻译产物Tblastn所有阅读框动态翻所有阅读框动态翻译的核苷酸序列译的核苷酸序列适合寻找数据库中尚未标注的编码区适合寻找数据库中尚未标注的编码区Tblastx核苷酸序列核苷酸序列6个阅个阅读框的翻译产物读框的翻译产物适合表达序列标签（适合表达序列标签（EST）分析）分析BLAST（Basic Local Alignment Search Tool）蛋白质理化性质分析u分析内容包括分子质量、等电点、亲水性和疏水性u分析软件可用本地下载软件如MacVector、OMIGA、DNAMA、BioEdit等，也可用在线软件u常用在线网址：蛋白质理化性质分析蛋白质理化性质分析蛋白质理化性质分析蛋白质特征序列分析包括二级结构以及二级和三级之间的模序（Motif）、结构域（Domain）和折叠单元（Fold）等。跨膜区、前导肽、信号肽及蛋白质定位。其它功能基团。螺旋片层/折叠+折叠蛋白质特征序列分析蛋白质特征序列分析蛋白质翻译后修饰分析蛋白质翻译后修饰分析蛋白质亚细胞定位分析三级蛋白结构显示软件PyMolRasMolVMDCn3DPyMOL-created Journal CoversPymol软件3D动画演示蛋白检索蛋白检索1：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白检索蛋白检索2：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白检索蛋白检索3：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白检索蛋白检索4：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列比对蛋白序列比对1：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列比对蛋白序列比对2：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列比对蛋白序列比对3：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列比对蛋白序列比对4：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列比对蛋白序列比对5：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列比对蛋白序列比对6：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列比对蛋白序列比对7：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列比对蛋白序列比对8：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列比对蛋白序列比对9：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列比对蛋白序列比对10：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列三级结构蛋白序列三级结构1：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列三级结构蛋白序列三级结构2：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列三级结构蛋白序列三级结构3：（以：（以COX-2为例）为例）蛋白序列三级结构蛋白序列三级结构4：（以：（以COX-2为例）为例）色氨酸笼色氨酸笼 trp-cage：由20个氨基酸（NLYIQWLKDGGPSSGRPPPS）构成，是华盛顿大学的JonathanNeidigh制造的人造蛋白。大部分小分子短链结构比较松散，这种蛋白质却像大分子蛋白质一样，具有紧凑、明确的结构。Simmerling等人利用电脑模拟技术，根据一种蛋白质的基因编码，准确地预测了它是怎样折叠成三维结构的。预测结果，几乎完全符合华盛顿大学研究小组利用核磁共振技术测量出的这种“迷你”蛋白的形状。蛋白质分子结构预测蛋白质分子结构预测蛋白质分子设计蛋白质分子设计 蛋蛋白白质质分分子子设设计计与与基基因因工工程程技技术术、多多肽肽合合成成技技术术和和化化学合成技术一起开创了新药设计和开发研究的新局面。学合成技术一起开创了新药设计和开发研究的新局面。这这个个领领域域的的研研究究方方向向主主要要包包括括蛋蛋白白三三维维结结构构预预测测、蛋蛋白白质质结结构构功功能能关关系系研研究究、蛋蛋白白相相互互作作用用、蛋蛋白白与与DNADNA相相互互作用、蛋白质突变体的分子设计、全新蛋白质设计等。作用、蛋白质突变体的分子设计、全新蛋白质设计等。抗体药物与抗体检测技术抗体药物与抗体检测技术蛋白质活性的改变（胰岛素改造）蛋白质活性的改变（胰岛素改造）Insulin班廷班廷麦克麦克劳德德摘自摘自诺贝尔奖并非梦诺贝尔奖并非梦日本石田寅夫著和加拿大糖尿病协会网站日本石田寅夫著和加拿大糖尿病协会网站:胰岛素胰岛素胰岛素胰岛素 InsulinInsulin一个极富传奇的科学发现荣获荣获1923年诺贝尔医学和生理学奖年诺贝尔医学和生理学奖发现胰岛素发现胰岛素11.14定为国际糖尿病日定为国际糖尿病日化化学学结构构Hocking1964诺贝尔化学化学奖Sanger1958诺贝尔化学化学奖分子量为56kD的蛋白质蛋白质由两条肽链（A21,B30）51个氨基酸组成，通过两个二硫键相连一级结构三维结构胰岛素胰岛素胰岛素胰岛素 InsulinInsulin胰岛素的测定：胰岛素的测定：发明免疫方法测定胰岛素发明免疫方法测定胰岛素Yallow，1977诺贝尔医学奖诺贝尔医学奖人工合成：人工合成：胰岛素改造：胰岛素改造：合成复杂，活性低1965年中国首次人工合成结晶牛胰岛素杰出代表：钮经义、邹承鲁、季爱雪和汪猷（见CCTV2003年7月邹承鲁院士访谈录）一个一个让中国人中国人骄傲与傲与遗憾的生命物憾的生命物质赖赖脯素（脯素（脯素（脯素（Lispro insulin)Lispro insulin)：为Lilly公司优泌乐(Humulog)其是将胰其是将胰岛素第素第28，29位上的脯氨酸和位上的脯氨酸和赖氨酸位置氨酸位置颠倒的胰倒的胰岛素素类似物似物,借以改借以改变B链末端空末端空间结构，减少胰构，减少胰岛素素单体体间的非极性接触的非极性接触和和b片片层相互作用，改善其自我聚合特性。相互作用，改善其自我聚合特性。Starts：workingin5to15minutes.Lowersbloodglucosemostin45to90minutes.Finishes：workingin3to4hours.天冬胰天冬胰天冬胰天冬胰岛岛素素素素(Aspart insulin)(Aspart insulin)：为NovoNordisk公司的诺和锐（Novorapid）其是将胰其是将胰岛素第素第28位上的脯氨酸被天冬氨酸所替代的胰位上的脯氨酸被天冬氨酸所替代的胰岛素素类似物似物目的是引起天目的是引起天门冬氨酸的阴离子，通冬氨酸的阴离子，通过电荷排斥阻止胰荷排斥阻止胰岛素素单体或体或二聚体的聚合。二聚体的聚合。这种改种改变减弱了溶液中胰减弱了溶液中胰岛素分子素分子间的的结合合强度，度，减少分子聚合，使之迅速解离成减少分子聚合，使之迅速解离成单体。体。Starts：workingin10to20minutes.Lowers：bloodglucosemostin1to3hours.Finishes：workingin3to5hours.甘精胰甘精胰甘精胰甘精胰岛岛素素素素(Insulin Glargine(Insulin Glargine；LantusLantus)：在人胰岛素B链的羧基末端加上两个带正电的精氨酸残基，从而使等电点从PH5.4提高为PH6.7，同时在A链21位以中性甘氨酸代替酸性的天冬氨酸，从而在酸性环境中保持稳定，显著延长其活性。该药的氨基酸序列与人胰岛素有3个不同,这一变化改变了其从皮下组织到血液的释放速度,因此每天只需给药1次,保证在24h内持续释药而无峰值变化。Startsworkingin1hour.Lowersbloodglucoseevenlyfor24hours.Finishesworkingin24hoursandistakenonceadayatbedtime.Lantusshouldnotbemixedtogetherinasyringewithanyotherformofinsulinbeforeuse.吸入型胰吸入型胰岛素素:Exubera尽管Exubera比传统的注射胰岛素更加方便，但是因为销售不佳，2008年初Pfizer仍然决定停止Exubera的市场销售，这一决定致使28亿美元付之东流。当世界最大的制药公司承认其产品从来没有成为期望中的重磅炸弹后，礼来和诺和诺德今年也结束了吸入型胰岛素的研发计划。蛋白蛋白质改造的安全性改造的安全性Antibodyn1901年，首次诺贝尔医学奖就授予了德国人贝林（EmilVonBehring），其发现了“抗毒素”。用动物血清治疗白喉患者取得巨大成功。这也是免疫学上“被动免疫”和“血清疗法”的先河。当初的“抗毒素”便是今天免疫学上的“抗体”概念的雏形。n1908年，诺贝尔医学奖授予德国科学家欧立希（PaulEhrlich）提出：抗体侧链形成的理论，认为抗体和抗原可以如同如同“钥匙和锁的匹配”，并且发现了补体的效应功能。因此被称为“体液免疫之父”。n1972年，诺贝尔奖授予美国科学家埃德尔曼（Gerald.M.Edelman）、英国科学家波特（Rodney.R,Porter），因其发现抗体的物质基础，是四肽组成的免疫球蛋白。n1984年，诺贝尔医学奖授予德国科学家科勒（Georges.F.Kohler）和阿根廷科学家米尔斯坦（CesarMilstein），因其发现单克隆抗体技术。n1987年，日本科学家利根川进（Susumu Tonegawa）由于“抗体多样性产生遗传机理的发现”而独享了该年度的诺贝尔生理学或医学奖。抗体与诺贝尔奖抗体与诺贝尔奖Khler,G.&Milstein,C.Continuousculturesoffusedcellssecretingantibodyofpredefinedspecificity.Nature256,495497(1975).The Nobel Prize of Physiology and Medicine in 1984Jerne,NKhler,GMilstein,CAntibody StructureCDR,Complementarity Determining RegionAntibody StructureAntibody Types抗体的应用抗体的应用抗抗体体药药物物：主 要 有 靶 点 封 闭（如 Avastin-VEGF,Licartin-CD147）、信号转导（如Herceptin-EGFR）、靶向载体（如Zevalin-Y90）、免疫应答（如Rituxan-ADCC,CDC）、中和作用（如Remicade-TNF）、免疫调节（如Basiliximab-CD25)等。科科学学研研究究：主主要要有有目目标标蛋蛋白白和和分分子子靶靶标标的的检检测测与与分分析析、疾疾病病分分子机制探讨子机制探讨Antibody Drugs发现免疫反应的物质基础抗毒素（抗原），成就了第一代抗体多克隆抗体（抗体血清）。再是明晰抗体化学结构，探讨其生物合成，发明了利用杂交瘤技术制备单克隆抗体。在此技术问世11年（1986年）后第二代抗体药物治疗性单抗药物（OKT3，muromonab）在美国上市。此后随着抗体基因重排规律的阐释，“重组抗体”作为第三代抗体逐渐问世。目前抗体药物制备关键技术主要有杂交瘤技术、抗体表位/靶点确认技术、嵌合抗体技术、人源化抗体修饰技术、抗体库技术、B细胞永生化分选技术、B细胞分选克隆技术、全人抗体转基因小鼠技术等，抗体药物大规模生产主要采用动物细胞大规模批次流加培养及连续灌流培养工艺抗体单用、免疫毒素交联、化学交联、放射免疫、双特异抗体抗体药物的应用形式抗体药物的应用形式1.动物来源的抗血清用于肺炎、白喉、麻疹等传染病的早期治疗,显示了一定效果,但毒副作用大,特别是异源蛋白易产生过敏反应。2.鼠单抗用于人体治疗也存在许多问题，包括诱发人抗小鼠反应()、半衰期较短,可较快被清除而影响疗效、在人体中常不能有效激活补体和受体相关的效应系统。3.抗体人源化解决了上述问题，然而人源化抗体也涉及抗体亲和力下降、效价降低，以及抗体分子亲疏水性等问题。抗体药物的局限性抗体药物的局限性对人源化抗体的研究，历经了人鼠嵌合抗体、人源化单克隆抗体及人源性单克隆抗体三个发展阶段。Antibody Modify人源化抗体改造的策略：人源化抗体改造的策略：主要针对CDR区进行移植改造：通过蛋白质数据库检索、计算机分子模拟等寻找出有最 大同源性的人可变区模板 综合考虑表面残基、与CDR有相互作用或对空间结构有重 要影响的残基，确定需要保留和改变的关键残基 再通过模拟基因合成，表达检测实际效果，进行必要 的修正，来获得高亲和力的治疗mAbAntibody ModifyAntibody targetSome of the key players that helped advance ADC technologyPaulEhrlichproposedtheconceptofmagicbulletsintheearly1900s(topleft).In1975,CsarMilsteinandGeorgeKhlerdescribedhowmAbswithexquisitespecificitiescouldbeproduced(topright).GeorgePettitextractedhighlypotentcytotoxinsfromnaturalsources(bottomright),suchastheIndianOceanseahare(Dolabela auricularia,bottomleft),thateventuallyledustothediscoveryanddevelopmentofthedrugcomponentofbrentuximabvedotin.ADCs药物的靶点：ADCs药物靶点选择的原则是，应为肿瘤细胞特异性表达，或过度表达的抗原。这样方能确保ADCs药物在机体内的靶向性。目前在研的ADC药物靶点几乎涵盖了所有已经确证的药物靶点，除了已有上市抗体药物靶点，如Her2、EGFR，CD19、CD22、CD70等，诸多新型靶点如：SLC44A4(AGS-5)、Mesothelin等也成为ADCs药物的作用靶点。ADCs药物使用的抗体：抗体在ADCs药物的作用在于精确“制导”，高细胞毒性的化学药物连接抗体后，可精确锁定靶细胞。抗体的优化也可大幅降低ADCs药物的非特异性结合,延长ADCs药物在血液中的半衰期。ADCs药物的连接物：连接物实现抗体与化学药物的连接，在ADCs药物进入靶细胞前，它能确保偶联药物的完整性。而一旦ADCs药物进入作用靶点，连接物又要确保化学药物的有效释放。所以，ADCs药物连接物的解离与否，直接影响到其药代动力学。ADCs使用的化学药物：目前ADC使用的化学药物主要有三种，微管蛋白抑制剂（美登霉素）、烷化剂、和DNA小沟抑制剂（烯二炔类抗生素）。这些化学药物与传统的化疗药物相比，对癌细胞具备更强的杀伤效力。通常平均四到六个分子的剂量就可实现对靶细胞杀伤。此外，ADCs药物偶联的小分子化学药物，进入人体后应不具有免疫原性。ADCs药物的开发涉及：药物靶点的筛选，重组抗体的制备、“连接物”技术开发以及高细胞毒性化合物的优化等四个方面用于转移性用于转移性HER2HER2阳性乳腺癌治疗新药阳性乳腺癌治疗新药（trastuzumabemtansine，T-DM1T-DM1）：）：妥珠单抗（妥珠单抗（HER2）加上强效抗微管药物）加上强效抗微管药物DM1 ADCETRIS(brentuximabvedotin)是一种CD30-导向抗体药物结合物(ADC)由三个组分组成：1)嵌合IgG1抗体cAC10，对人CD30专一，2)微管的破坏剂MMAE，和3)一个将MMAE共价附着在cAC10上的蛋白酶可裂解的连接桥。用于难治性淋巴瘤的新药用于难治性淋巴瘤的新药（brentuximab bedotinbrentuximab bedotin，A ADCETRISDCETRIS）：）：抗抗体体药药物物交交联联潜潜在在的的分分子子靶靶点点lNO.1修美乐(阿达木单抗）销售额：94.8亿美元,公司：雅培lNO.2恩利(依那西普）销售额：83.7亿美元，公司：安进及辉瑞lNO.3舒利迭(沙美特罗-氟替卡松）销售额：80亿美元，公司：葛兰素史克lNO.4类克(英利昔单抗）销售额：76.7亿美元，公司：强生和默沙东lNO.5美罗华(利妥昔单抗）销售额：69.4亿美元，公司：罗氏lNO.6可定(瑞舒伐他汀钙）销售额：66.5亿美元，公司：阿斯利康lNO.7来得时(甘精胰岛素）销售额：61.2亿美元，公司：赛诺菲lNO.8赫赛汀(曲妥珠单抗）销售额：60.8亿美元，公司：罗氏lNO.9安维汀（贝伐珠单抗）销售额：59.8亿美元，公司：罗氏lNO.10立普妥(阿托伐他汀钙）销售额：55.5亿美元，公司：辉瑞2012全球销售前十位药物全球销售前十位药物全球已上市单抗（截至全球已上市单抗（截至2012年中）年中）目前全球共有目前全球共有32个单抗品种上市（其中个单抗品种上市（其中2个品种已退市），其适应症主要个品种已退市），其适应症主要集中在肿瘤治疗、风湿性关节炎等免疫缺陷性疾病治疗、器官移植排斥集中在肿瘤治疗、风湿性关节炎等免疫缺陷性疾病治疗、器官移植排斥治疗、感染性疾病治疗治疗、感染性疾病治疗4个领域。个领域。全球已上市单抗（截至全球已上市单抗（截至2012年中）年中）科学研究过程中常用蛋白质检测技术：科学研究过程中常用蛋白质检测技术：1.免疫印迹法（WB）：（WesternBlotting)2.免疫组织化学与免疫细胞化学（IHC&ICC）：（ImmunohistochemistryandImmunocyctochemistry）3.酶联免疫法（ELISA）：4.流式细胞检测法（FACS）：Flowcytometry5.免疫共沉淀法（IP）：Immunoprecipitation6.染色体免疫共沉淀（ChIP）：ChromatinImmunoprecipitationWB定性及定量，最常用的蛋白检测方法，特异性及灵敏性高。一抗的选择定性及定量，最常用的蛋白检测方法，特异性及灵敏性高。一抗的选择包括样本的种属及其适用于包括样本的种属及其适用于WBWB实验方法的单克隆抗体或经亲和纯化的多实验方法的单克隆抗体或经亲和纯化的多克隆抗体；二抗的选择克隆抗体；二抗的选择 包括与一抗种属匹配及其标记方法（包括与一抗种属匹配及其标记方法（HRPHRP、ALPALP）IHC&ICC用于检测目标蛋白质定性和定位，形态学观察。抗体用量大，可用用于检测目标蛋白质定性和定位，形态学观察。抗体用量大，可用同种属不同荧光标记的抗体，形成丰富多彩的视觉冲击。用显微镜同种属不同荧光标记的抗体，形成丰富多彩的视觉冲击。用显微镜检测。检测。ELISA主要用于检测分泌型蛋白质、蛋白定量精准，灵敏，所用抗体量少。主要用于检测分泌型蛋白质、蛋白定量精准，灵敏，所用抗体量少。用酶标仪检测。用酶标仪检测。FACS能同时检测多种蛋白质表达，包括细胞表面、细胞内；也能检测活细胞能同时检测多种蛋白质表达，包括细胞表面、细胞内；也能检测活细胞蛋白表达；同时也能分选不同类型的细胞。蛋白表达；同时也能分选不同类型的细胞。IP用于检测蛋白质与蛋白质相互作用的实验方法用于检测蛋白质与蛋白质相互作用的实验方法ChIP用于检测蛋白质与核酸相互作用的实验方法用于检测蛋白质与核酸相互作用的实验方法谢谢谢谢