基因组学基因诊断与基因治疗PPT课件

基 因 组 学,1,Content,基因组学的概念 基因组学的特点：七性三化 基因组学发展的里程碑 基因组学的重要进展 基因组学研究的意义 小鼠基因组技术,2,基因组学的概念,所有生命都具有指令其生长与发育，维持其结构与功能所必需的遗传信息，生物所具有的携带遗传信息的遗传物质总和称为基因组。基因组学是研究生命体全部遗传信息的一门科学。基因组学是一门年青的学科，并处在迅速发展之中。,3,基因组学的概念 基因组学的特点：七性三化 基因组学发展的里程碑 基因组学的重要进展 基因组学研究的意义 小鼠基因组技术,内 容,4,1991 人类基因图数据库正式建立 1992 人类染色体低分辨率的基因联锁图出版,BAC克隆技 术问世 1993 国际基因分子表达式分析组织开始，建立起有效的基因图和cDNA基因序列，PAC克隆技术问世 1994 基因图5年计划提前一年完成。完成了每个人类染 色体的绘制 1995 鸟枪法完成流感嗜血杆菌基因组测序，发表人类基因组YAC重叠群物理图和STS物理图,基因组学的重要进展,5,1996 有30000个序列的人类基因图的细节被描出来。完 成酵母基因组和第一个古细菌詹氏甲烷球菌基因组 测序1997 完成大肠杆菌基因组测序1998 完成第一个多细胞生物线虫基因组测序 1999 Celera Genomics宣布首条人类染色体完成测序，人 类第22号染色体DNA全序列测定。1999 中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的1%。 2000 完成果蝇基因组测序,6,基因诊断与基因治疗,蚌埠医学院 实验动物中心,7,Content,基因诊断 gene diagnosis 基因治疗 gene therapy,Content,8,基因诊断的概况,基因诊断经历了三个基本发展阶段第一阶段：以DNA分子杂交为基础；RFLP进行分析第二阶段：应用PCR技术第三阶段：应用基因芯片技术,9,工 具：放射性同位素标记或荧光分子标记 的DNA分子探针 原 理：碱基互补配对原则（DNA分子杂交） 基因诊断：是以DNA或RNA为诊断材料，通过检 查基因的存在、缺陷或表达异常，对人体状态和疾病作出诊断的方法和过程，又称DNA诊断或分子诊断,10,基因诊断过程,制备基因探针提取目的基因，获得单链DNAPCR扩增DNA目的DNA与尼龙膜结合探针与目的DNA互补配对冲洗尼龙膜检测杂合分子,关键要素： 探针DNA、目的DNA、信号检测,11,基因诊断的基础技术,核酸杂交PCRDNA序列测定DNA芯片技术,12,基因诊断的临床应用,遗传病的基因诊断 肿瘤的基因诊断 感染性疾病的基因诊断 基因诊断在法医学鉴定中的应用 基因诊断在器官移植配型中的应用,13,举例：镰刀状红细胞贫血珠蛋白基因的第六个密码子AT表达产物：谷氨酸缬氨酸一个碱基突变缺失1个Mst内切酶位点正常人： 1.1kb患者： 1.3kb,14,5,3,5,3,1.1 kb,1.3kb,Mst II酶切位点（CCTNATG）,正常基因,突变基因,1.3kb,1.1kb,0.2kb,1,2,3,1、正常人2、突变携带者 3、患者,15,基因治疗的概念,狭义概念将具有正常功能的基因置换或增补患者体内有缺陷的基因，从而达到治疗疾病的目的。广义概念将某种遗传物质转移到患者细胞内，使其在体内发挥作用，最终达到治疗疾病的目的。,16,基因治疗的类型,体细胞基因治疗（somatic cell gene therapy）：需要对普通的细胞进行操作，通常是可以从有机体内取出细胞，转染然后放回体内。生殖细胞基因治疗（germ cell gene therapy）：受精卵缺陷的基因被正常的基因所代替，然后重新移植到母体中。胚胎治疗通常通过微注射的方法进行的，从理论上讲可以用来治疗任何遗传性疾病。,伦 理,17,基因治疗的总体策略,基因矫正 基因置换 基因增补 基因失活 “自杀基因”的应用免疫基因治疗耐药基因治疗,18,（一）基因矫正（gene correction）对于致病基因中的异常碱基进行精确修复，使其恢复正常功能； （二）基因置换（gene replacement）用正常基因在原位替换致病基因，使细胞DNA完全恢复正常状态；,19,（三）基因增补（gene augmentation）将正常基因导入患者体细胞内，使其整合到染色体中一起表达，以补偿缺陷基因的功能 ，但致病基因未去除。（四）基因失活（gene inactivation）：指将特定的反义核酸导入细胞，通过碱基互补作用与mRNA结合，阻断肿瘤细胞中基因的异常表达，以抗肿瘤、抗病毒。反义RNA: 干扰mRNA的互补RNA;反义DNA: 干扰DNA的互补DNA.,20,（五）“自杀基因”的应用自杀基因，这种基因导入受体细胞后可产生一种酶，它可将原无细胞毒性或低毒药物前体转化为细胞毒物质，将细胞受体细胞杀死，这种基因被称为“自杀基因”。自杀基因导入肿瘤细胞后，可将肿瘤细胞杀死。但对正常细胞则无伤害作用。,21,（六）免疫基因治疗将某些细胞因子（IL-2、GM-CSF等）基因导入肿瘤患者体内，以增强患者的抵抗力。 （七）耐药基因治疗在肿瘤化疗过程中， 把产生抗药物毒性的基因导入患者体内，从而使患者能耐受更大剂量的化疗。,22,基因治疗的应用及前景,(一)基因治疗应满足的条件：1、单基因缺陷疾病2、仅限体细胞的基因治疗3、靶细胞易获取、培养、及回输体内。4、治疗效果应胜过对病人的危害。5、表达水平无需调控且无副作用。6、需经动物实验验证安全可行。,23,（二）基因治疗有待解决的问题1、难以获得真正有治疗作用的基因。 2、外源基因的表达难以在体内精确调控。3、体细胞经体外培养后，其生物学特性会有改变。 4、过多的外源蛋白对机体带来可能的影响。5、随机整合潜在的威胁。,24,基因治疗实例,1.复合免疫缺陷综合征的基因治疗ADA缺乏症-致死性疾病，患者由于腺苷酸脱氨酶（ADA）缺乏。,SCID患者生存在无菌环境中,25,2.乙型血友病,XR ，患者凝血因子缺乏，临床表现，易出血，凝血时间长，轻伤、小手术后常出血不止。发病率为1/30000。 例如：我国学者薛京伦实施的F的基因治疗。,26,3.黑色素瘤的基因治疗,肿瘤Gene治疗是人们十分关注的问题，进行了广泛的探索。研究发现，肿瘤浸润淋巴细胞TIL，它积聚肿瘤部位，并在该处持续存在而无副作用，利用此特点协助治疗肿瘤。,27,4.胰腺癌的基因治疗研究,28,胰腺癌是腹部外科最难获得早期诊断，且预后最差的恶性肿瘤。 虽然目前在胰腺癌的发生、演进、早期诊断和综合治疗等方面取得了一些进展，但仍需要更多的研究去解决这些问题，攻克胰腺癌依然任重道远。,胰腺癌治疗现状：,29,传统的细胞毒药物对胰腺癌并无益，目前治疗胰腺癌的一线药物是吉西他滨。 1996年美国FDA批准吉西他滨用于治疗进展期胰腺癌。 研究结果表明，接受吉西他滨治疗者生活质量优于氟尿嘧啶，但治疗反应率和生存时间相似。 吉西他滨+特罗凯联合用药延长了数星期的生存期，其他的联合用药方案亦在研究中。,30,胰腺癌治疗现状：,近年来，胰腺癌的远期疗效和预后并未带来突破性进展，研究表明胰腺癌的发生发展为多基因参与、多步骤发生的复杂的生物学过程。 基因治疗是继手术、放疗和化疗等传统疗法之后肿瘤治疗的最有前景治疗方案之一。,31,自杀基因治疗：,又称基因定向酶药物前体疗法： 是利用转基因的方法将 药敏基因 导入肿瘤细胞，从而增加肿瘤细胞对化疗的敏感性。 也就是说，使无毒的药物前体通过该基因表达的产物转化为对细胞有毒性作用的药物，干扰肿瘤细胞DNA 的合成，抑制肿瘤细胞的生长，从而杀死肿瘤细胞。 这种使肿瘤细胞自杀的基因称“自杀基因”。,32,如： 自杀基因 + 病毒载体 转染重组载体,药物前体 无毒 Gene酶 药物复合物 有毒,细胞死亡,33,旁观者效应:“自杀基因”治疗不仅使转导了“自杀基因”的肿瘤细胞在用药后被杀死，而且与其相邻的未转导“自杀基因”的肿瘤细胞也被杀死。,旁观者效应,34,自杀基因治疗进展：,胰腺癌的自杀基因治疗已经取得了重大进展，有着广阔的前景； 但目前的成果尚局限于动物实验阶段，要想进一步应用于临床治疗，还有许多问题尚待解决。 虽然从基础实验过渡到临床应用仍有一段距离，相信随着研究的不断深入，基因治疗在胰腺癌的治疗中能够发挥更大的作用，必将成为一种有效的胰腺癌辅助治疗手段。,35,反义基因治疗：,这种方法的目的是阻止肿瘤相关基因的转录与翻译。 反义寡核苷酸以互补的形式与特定的DNA或RNA序列结合, 从而阻止DNA的转录或RNA的翻译, 使肿瘤基因无法表达。 由于K-ras基因突变在胰腺癌中最为常见, 因此许多反义基因治疗都以其为靶点，许多研究表明针对K-ras的反义寡核苷酸对胰腺癌有抑制作用。,36,干扰RNA基因治疗,对RNA干扰的认识来源于用线虫（C. elegans）和果蝇。实验结果显示，有义链RNA（sense RNA）或反义链RNA（anti-sense RNA）均能抑制线虫基因的表达，双链RNA比单链RNA更为有效。将特异的双链RNA注入线虫体内可抑制有同源序列的基因的表达。得到的结果是有义链RNA和反义链RNA都同样阻断基因表达途径。这与传统上对反义RNA技术的解释正好相反。而且其抑制基因表达的效率比反义RNA至少高2个数量级。,1.RNA干扰现象,RNA干扰（RNA interference， RNAi）是一种由双链RNA诱发的基因沉默现象。在此过程中，与双链RNA有同源序列的信使RNA（mRNA）被降解，从而抑制该基因的表达。,37,2. RNA干扰的机制,RNA干扰过程主要有2个步骤：,（1）小干扰性RNA（siRNA）,（2）siRNA与细胞内的某些酶和蛋白质形成复合体，称为RNA诱导的沉默复合体（RNA-induced silencing complex, RISC)。,该复合体可识别与siRNA有同源序列的mRNA，并在特异的位点将该mRNA切断。,长双链RNA被细胞内的双链RNA特异性核酸酶Dicer切成21-23个碱基对的短双链RNA，称为小干扰性RNA（small interfering RNA，siRNA）。,38,