第十章毒理基因组学与系统毒理学.pptVIP

人类基因组计划HGP HGP由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与 为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，破译人类全部遗传信息 HGP 目的:解码生命、了解生命的起源、了解生命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据 内容：建立物理图谱 建立遗传图谱 DNA序列测定 基因的确定和分析 后基因组时代（post-genome era） 环境基因组学（Environmental genomics） 探讨环境-基因，基因-基因间的交互作用 目标：研究遗传变异如何影响机体对环境因素作用的反应，包括发掘环境反应基因的多态性，评价这些多态性的功能及其与患病风险的关系 环境基因组计划（Environmental genomics project, HPG） 美国国立环境卫生科学研究所（NIEHS），1998年 目的：归纳整理人类基因组的多态性，并将这些信息用于研究机体对环境暴露的反应性和对疾病的易感性的差异。 一、基因组学与转录组学技术平台 （一）差异显示反转录PCR技术（DDRT-PCR） PCR和聚丙烯酰胺凝胶电泳为基础 总RNA----cDNA---- PCR ----DNA测序胶 目的：找出表达有差异的cDNA片段 DDRT-PCR特点 优点 周期短 功能多 灵敏度高 所需RNA量少重复性高 所获得的cDNA 仅代表mRNA 3’非翻译区 缺点 假阳性率高 ；凝胶中单条cDNA带成分不均一； 一些低拷贝数mRNA不能有效呈现等 cDNA微阵列技术 优点 灵敏度高 mRNA丰度低至10万分之一仍能被检测出可同时采用几种不同颜色的荧光染料标记探针，在同一张阵列膜进行一次杂交实验就可分析不同样品间基因表达的差异 缺点 成本较高 需要特殊的信号检测分析系统，玻片上的微阵列不能重复使用 问题：动物实验结果外推到人类----动物模型 解决的关键：桥梁生物标志物(bridging biomarkers)，能够在不同物种间进行毒性比较的生物标志物 技术：高通量的DNA微阵列技术 意义：桥梁生物标志物用于比较不同种属间毒性反应的不同，特别是显示某一损伤即将出现的生物标志,从而可在安全允许的范围内进行人体试验。 三、比较毒理学研究 安全性评价只研究一段时间内一个化合物的毒性 从一系列单独的化合物的试验结果外推至这些物质混合后的效应是不科学的 高通量的基因组学和蛋白质组学手段检测基因、蛋白质的变化为研究混合物暴露后评价化合物之间的协同性或拮抗。 四、混合物联合毒作用研究 传统毒性测试方法的危险性评价正朝着对各种科学数据进行整合的方向发展,在此,生物标志物就显得尤为重要。 目前的标志物多为毒物代谢物、DNA加合物、组织病理以及生化改变,数量有限且不一定具备足够的敏感性和特异性。 基因组技术为毒理学研究提供了大量可供筛选的生物信息分子,结合生物信息学分析技术,有望确定敏感、特异的生物标志物。 个体易感性分析融入危险性评价 五、危险度评定 是将特定的基因图谱改变于特定剂量或时间条件下的毒性损害相联系的过程。 相关表达谱的表型锚定是毒性评价的基础，目前已进行基因表达谱与疾病病理相关性研究的仅有坏死、凋亡、纤维化、炎症等表型，尚有大量工作待进行。 六、表型锚定 一是对经某种暴露后一个个体（动物或人）有不同技术平台（基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学）获得的测定结果进行比较和分析，找出其联系和变化规律。 二是对不同个体甚至不同种属生物的实验结果进行分析处理，找出相同或差异之处。 三是对不同实验室的研究结果进行比对，获得能够重复的、可进入公共数据库的可信资料。 要求进入数据库的资料必须标准化，不仅能够存取和交换，而且易于分析和比较，以便被各个实验室共享。 七、信息整合 系统毒理学是将毒理基因组学、传统毒理学和生物信息学融合在一起而形成的一个体系。 系统生物学在细胞、组织、器官和生物体整体水平研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用,并通过计算生物学来定量描述和预测生物功能、表型和行为—包括系统干扰、监测分子表达、整合反应资料以及建立系统分子结构和整个网络功能的模型。 第四节 从毒理基因组学到系统毒理学 以基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学和表型组学等为技术平台 由表及里、由宏观到微观 揭示由基因组序列和调控的改变到毒性表现的过程和机制 * * * * 第十章 毒理基因组学与 系统毒