10第10章 基因组学与系统毒理学

第10章 毒理基因组学与系统毒理学 1 2

概述毒理基因组学研究技术

3 4

毒理基因组学研究内容及其应用从基因组学到系统毒理学(自修)

1 概述

毒理基因组学(toxicogenomics):是研究基因组如何对化 学毒物发生反应的学科。 毒理基因组学最初是将基因组学的理论和技术应用于毒理学， 研究组织细胞特定基因的功能并预测受试物的毒性。目前研 究不仅包括基因组水平的效应，还包括基因的DNA表达(转 录组学)、蛋白质产物表达(蛋白质组学)、代谢谱改变 (代谢组学)、遗传多态性以及生物信息学等相关领域。 毒理基因组学的基本任务：是利用人类基因组的资料，帮助 筛选和鉴别潜在的环境毒物，并在基因组水平上阐明毒作用 发生的机制。 毒理基因组学的研究目标：近期是确定某种有害因素的反应 基因(信号基因)用于毒理学和相关疾病的研究，远期是建 立全基因组与蛋白质组毒性反应知识库，并在此基础上开辟 以芯片技术和生物信息技术为特征的数字(digitized toxicology)毒理学。

2 毒理基因组学研究技术毒理基因组学面临的基本问题一是如何获取大规模 的生物数据，二是如何对所得到的大量信息进行及 时而合理的处理。这有赖于下列毒理基因组学现代 研究技术。 2.1 基因组学与转录组学技术 2.2 蛋白质组学技术 2.3 代谢组学技术 2.4 生物信息学

2.1 基因组学与转录组学技术 2.1.1

差异显示反转录PCR技术(DDRT-PCR) 2.1.2 基因表达序列分析 2.1.3 微阵列分析 2.1.4 RNA干涉(RNA interference,RNAi) 技术 2.1.5 单核苷酸多态性检测

2.1.1 差异显示反转录PCR技术

DDRT-PCR技术是以分子生物学上应用广泛的两种技术PCR和 聚丙烯酰胺凝胶电泳为基础。 基本原理：以1对细胞/组织的总DNA反转录而成的cDNA为模 板，利用PCR的高效扩增，通过5’端和3’端引物的合理设计和 组合，将细胞/组织中表达的约15000种基因片段直接显示在 DNA测序胶上，从而找出1对细胞/组织中有差异的cDNA片段。 优点：周期短、功能多、灵敏度高、所需RNA量少和重复性 高。 缺点：假阳性率高、凝胶中单条cDNA带成分不均一、所获 cDNA仅代表mRNA3’UTR(非翻译区)、一些低复制数mRNA不 能有效呈现。

2.1.2 基因表达序列分析SAGE(serial analysis of geneexpression)技 术的主要理论依据：是来自cDNA 3’端特定位置的一 段9-11bp长的序列能够区分基因组中95%的基因。 这段基因特异的序列被称为标签。通过对cDNA制备 SAGE标签并将这些标签串联起来，然后对其进行测 定，不仅可以显示各SAGE所代表的基因在特定组织 中是否表达，而且

还可以根据各SAGE标签所出现的 频率作为其所代表的基因表达丰度的指标。 SAGE技术的前提条件：是genbank中必须有足够的 某一物种的DNA系列信息，尤其是表达系列标签 (expressed sequence tag,EST)的序列资料。

2.1.3 微阵列分析1

DNA微阵列(Microarray assay)或 DNA芯片(DNA chip) 技术研究所使用的基本硬件：是基因微阵列或基因芯片，其 上含有成千上万个寡聚核苷酸片段或cDNA探针(cDNA、EST 或基因特异的寡核苷酸)。这些探针按一定顺序以矩阵方式 排列在载玻片大小的塑料或玻璃板上，在1cm2面积上可有110万个不同的排列，并可有多个拷贝，其敏感性可达1-5个 拷贝mRNA/细胞。 基因表达测定：先将受试动物染毒，其靶器官或细胞与毒物 接触后，发生反应或被活化的基因会产生mRNA。然后将mRNA 用核素或荧光素标记，再加入基因芯片。在单个的阵列中加 入两种标记样品进行杂交，再用图象分析仪或激光扫描显微 镜进行检查和分析。根据发生结合反应发生的情况便可判断 哪些基因发生了改变。

2.1.3 微阵列分析2 优点：灵敏度高，mRNA丰度低至10万分之一

仍能被检出。可采用几种不同颜色的荧光染 料标记探针，这样在同一张阵列膜上进行一 次杂交实验就可分析不同样品间基因表达的 差异，因此效率高。 缺点：成本较高，需要特殊的信号检测分析 系统(图象分析仪或激光扫描显微镜),玻 片上的微阵列不能重复使用。

2.1.4 RNA干涉技术

RNAi(RNA interference)是一种能快速有效地沉寂靶基因的 表达，进而从反向角度来阐明基因的功能。 原理：是外源性双链RNA导入细胞后，可产生21-23nt(核苷 酸，nucleotide)长度的小分子干涉RNA(small interference RNA, siRNA),引起与其序列同源的特异基 因mRNA降解的现象-转录后的基因沉默(posttranscriptional gene silencing,PTGS) 实验步骤：选取目的基因；设计相应的siRNA序列；制备 siRNA; siRNA转染哺乳动物细胞；RNAi效果分析。其中关 键是设计相应的siRNA序列。

2.1.5 单核苷酸多态性检测 SNPs(single

nucleotide polymorphisms) 指染色体基因组水平上单个核苷酸变异引起 的DNA序列多态性。其类型有单碱基的转换、 颠换、插入、缺失等。 最普遍的检测方法：定位的序列标签位点和 表达序列标签进行测序。

2.2 蛋白质组学技术

双向凝胶电泳：是将细胞抽提物在电泳过程中，依据蛋白质 所带电荷及分子大小而被分离的技术。 生物质谱：是使样品分子离子化后，根据不同离子间质荷比 (M/Z)的差异来分离并确定相对分子量的技术。 多向蛋白鉴定技术：是将蛋白质酶解后得到多肽混合物

,进 样到强阳离子交换色谱柱 …… 此处隐藏：1666字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……