基因与疾病、人类基因组计划(3)要用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,从,基因的角度,重新认识疾病，运用基因技术预防和治疗疾病、鉴定身份，器官再造，运用基因技术防止新生儿疾病甚至设计更加“完美”的新生儿，培育新的动植物品种,分子医学,分子医学的基本内容:,疾病的分子机理,一、基因结构异常,二、癌基因与抑癌基因,疾病的基因诊断,疾病的基因治疗,疾病的分子机理,1949年波林发现镰刀型细胞贫血症（病人的红血细胞为镰刀形）与血红蛋白结构异常相关，根据杂交原理应用限制性酶切图谱分析，其病因是密码子,GAG,突变为,GTG,。,1.碱基置换突变,概念,一个碱基被另一碱基取代而造成的突变。,（三）、基因突变的类型,疾病的分子机制,基因突变类型,染色体错误配和不等交换,碱基置换突变,移码突变和整码突变,转换(,Transition)：嘌呤与嘌呤或嘧啶与嘧啶之间的置换。,颠换,(Transversion)：,嘌呤与嘧啶之间的置换。,疾病的分子机制,同义突变（Same-sense or synonymous mutation）,单个碱基置换后，改变前后密码子所编码的氨基酸一样。,DNA,G,C,A,GC,G,GC,C,转录 转录,mRNA CGU,CGC CGG,翻译 翻译 翻译,多肽链 ,精氨酸,精氨酸,精氨酸,Transition,AG,Transversion,GC,【For example】,【For example】,DNA,A,C,G,A,T,G,A,A,G,转录 转录 转录,mRNA UGC,UAC UUC,翻译 翻译 翻译,多肽链 半胱,氨酸,酪,氨酸,苯丙,氨酸,Transition,CT,Transversion,T A,如错义突变不影响蛋白质或酶的生物活性，不出现明显的表型改变,（效应），称为中性突变（Neutral mutation）。,错义突变（Missense mutation）,DNA分子中的核苷酸置换导致合成的多肽链中一个氨基酸,被另一氨基酸所取代。,疾病的分子机制,无义突变（nonsense mutation）,单个碱基置换导致终止密码子（UAG、UAA、UGA）提前出 现。,疾的分子机制,终止密码突变,DNA分子中一个终止密码子发生突变形成延长的异常肽链。,疾病的分子机制,疾病的分子机制,抑制基因突变（Suppressor gene mutation）,在基因内部不同位置上的不同碱基发生了两次突变，其,中一次抑制了另一次突变的遗传效应。,【For example】,单纯,6 谷缬，产生HbS病，造成死亡。,第6位谷缬，,第73位天冬氨酸天冬酰胺；,Hb Harlem临床症状较轻，其原因是,73突变抑制了,6,突变的有害效应。,Hb Harlem是链,2.移码突变和整码突变（Frame-shift&codon mutation,）,移码突变（Frame-shift mutation）,DNA链上插入或丢失1个、2个甚至多个（但不包括三个或,其倍数）碱基，导致在插入或丢失碱基部位以后的编码都发生,了相应改变。,疾病的分子机制,3.染色体错误配和不等交换（Mispaired synapsis and,unequal crossing-over）,整码突变（Codon mutation）,如插入或丢失部位的前后氨基酸顺序不变。,二、癌基因、抑癌基因,癌基因,：指具有致癌能力或致癌潜能的基因的总称。它是细胞内总体遗传物质的组成部分。,当其受到致癌因素作用被活化并发生异常时，则导致细胞癌变。,病毒癌基因；细胞癌基因,癌基因的名称一般用3个斜体小写字母表示，如,myc、ras、src,等。,抑癌基因,：抑制细胞过度生长、增殖从而遏制肿瘤形成的基因。,意大利裔美国病毒学家R杜尔贝科20世纪60年代初发现：致癌病毒会把自身携带的DNA片断整合到宿主细胞的DNA上，在宿主细胞核内形成新的DNA。新的DNA上的一些来自致癌病毒的基因，会使细胞（这时宿主细胞已成为癌细胞）疯狂地增殖，导致肿瘤的产生。,美国病毒学家H特明、美国病毒学家和生物化学家D巴尔的摩都曾是杜尔贝科的学生。1970年，特明与巴尔的摩发现在RNA致癌病毒中存在着一种“逆转录酶”，在它的作用下，可以将RNA逆转录成为DNA。这就解释了RNA病毒的致癌机理。,由于上述成果，杜尔贝科、特明与巴尔的摩师生三人共同荣获1975年诺贝尔生理或学医学奖,。,1976年，美国生物化学家、病毒学家JM毕晓普和美国微生物学家、病毒学家HE瓦慕斯发现许多动物包括人类与生俱来就带着癌症的种子,原癌基因（即原致癌基因），,而且数量相当惊人。这一发现引起人们的恐慌，许多实验室纷纷投入实验，企图否定这一发现，然而结果却使人们不得不相信他们的发现是正确的。,由于发现动物体内的“原癌基因”，,毕晓普,和,瓦慕斯,共同荣获1989年的诺贝尔生理学或医学奖。,美国毕晓普和瓦慕斯等人的研究表明：动物体内的癌基因不是来自病毒，而是由于在动物的正常细胞基因中本来就存在一个庞大的癌基因族，正常情况下这些,原癌基因,是不活跃的，但当受到病毒入侵或遇到物理、化学等因素作用时，就可能被激活，突变为癌基因。这也就解释了化学污染、吸烟、放射线辐射等因素致癌的原因。,（一）原癌基因的特点,1、,广泛存在,2、高度保守,3、是细胞的必需基因，有重要作用,4、结构异常或表达失控引起细胞恶变,（二）癌基因活化的机制,1、,获得启动子与增强子,2、基因易位,3、原癌基因扩增,4、点突变,（三）原癌基因的产物与功能,原癌基因的产物,1、生长因子：,PDGF、EGF、TGF-2,2、生长因子受体,3、细胞内信号转导体,4、核内转录因子,美国前副总统汉弗莱Humphrey),在1967年发现膀胱内有一肿物，病理切片未发现癌细胞,良性“慢性增生性囊肿”，未进行手术治疗。,九年后，他被诊断为患有“膀胧癌”，两年后死于该病。,1994年，研究者用灵敏的PCR技术对上述汉弗莱1967年的病理切片进行了P53抑癌基因检查，发现那时的组织细胞虽然在形态上还没有表现出恶性变化，,但其,P53基因的第227个密码子,已经发生了一个核苷酸的突变。,就是这个基因的微小变化，使其抑癌功能受损，导致九年后细胞癌变的发生。这说明，在典型症状出现之前的很长时间，细胞癌变的信息已经在基因上表现出来了.,疾病的基因诊断,从广义上讲，大多数疾病都可以从,遗传物质的变化,中寻找出原因。而从技术上看，只要找到了与疾病相关的基因，基因诊断便立即可以实现。随着“人类基因组计划”的进程，将大大加快,疾病相关基因,的发现与克隆，基因诊断将成为疾病诊断的常规方法。,单基因疾病的诊断,：一般可在临床症状出现之前作出诊断，不依赖临床表型；,有遗传倾向的疾病：,易感基因的筛查，如高血压，冠心病，肥胖等。,外源性病源体,：如病毒、细菌、寄生虫等引起的传染病,，,一、基因鉴定技术,人体细胞有总数约为30亿个碱基对的DNA，每个人的DNA都不完全相同，人与人之间不同的碱基对数目达几百万之多。,所谓,“DNA指纹”,，就是把DNA作为像指纹那样的独特特征来识别不同的人。由于DNA是遗传物质，因此通过对DNA鉴定还可以判断两个人之间的亲缘关系。,DNA鉴定技术是英国遗传学家AJ杰弗里斯（1950）在1984年发明的。由于人体各部位的细胞都有相同的DNA，因此可以通过检查血迹、毛发、唾液等判明身分。,二、基因芯片（Genechip）,基因芯片又称DNA芯片或DNA微阵列。它高度集成成千上万的网格状密集排列的核酸分子（也叫分子探针）。,它的出现给分子生物学、细胞生物学及医学领域带来新的革命，成为后基因时代最重要的基因功能分析技术之一,。,DNA微点阵已广泛和流行的用于疾病诊断、基因组比较、以及新型癌症的分类。,三、时钟基因与抗衰老,人类从公元3500年前就开始寻找长生不老药。老化的原因有多种因素，如蛋白质损伤、DNA损伤、细胞膜损伤、细胞内积累废弃物、端粒缩短等。,提升寿命上限的目标可以通过多种方法实现，除了治疗疾病、均衡营养、减少环境污染、适量运动等方法外，,发掘控制衰老或长寿的基因成为最有潜力的途径之一,。,疾病的基因治疗,美国医学家,W,F,安德森等人对腺甘脱氨酶缺乏症（,ADA,缺乏症）的基因治疗，是世界上第一个基因治疗成功的范例。,1990,年,9,月,14,日，安德森对一例患,ADA,缺乏症的,4,岁女孩谢德尔进行基因治疗。这个,4,岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产,ADA,，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。在以后的,10,个月内她又接受了,7,次这样的治疗，同时也接受酶治疗。经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活,。,谢德尔，1999,1990年沃尔夫（WOff）等发现，将带有甲型流感病毒核蛋白编码基因的质粒注射到小鼠肌肉内，可使小鼠能经受致死剂量的甲型流感病毒的攻击。这种裸露的DNA通过滴鼻和肠道也可以进人细胞，并获得成功的保护性免疫。这种具有疫苗作用的裸露DNA称之为“基因疫苗”（gene vaccine）。,疾病的基因预防,基因疫苗不仅可用于病毒感染，还可用于防治肿瘤，其主要优点为可以诱导很有效的专一性T杀伤性细胞，后者可以杀死肿瘤细胞。基因疫苗的安全性极高，输注疫苗不引起其它疾患。,1995年4月，经美国FDA批准进行了首例应用基因疫苗的人体临床试验。,因而，可以看到其实际应用已指日可待了。,分子克隆技术的基本原理,基因突变的定义和种类,癌基因概念、病毒癌基因和细胞癌基因（原癌基因）概念及特点、抑癌基因概念,