生物学前沿讲座课件(模板).ppt
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1、生物学前沿讲座,生物学前沿讲座,美国国立卫生研究院(NIH)发表的一份题为什么是当今科研领域的热门话题?的调查报告中指出,目前全球研究最热门的是:三种疾病:癌症(cancer)心血管病(cardiovascular diseases)爱滋病和肝炎等传染病(infectious diseases:AIDS,hepatitis)五大研究方向:细胞周期调控(cell cycle control)细胞凋亡(cell apoptosis)细胞衰老(cellular senescence)信号转导(signal transduction)DNA的损伤与修复(DNA damage and repair),美
2、国科学情报研究所(ISI)SCI(ScienceCitation Index)收录及引用论文检索,全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是:细胞信号转导(signal transduction)细胞凋亡(cell apoptosis)基因组与后基因组学研究(genome and post-genomic analysis),Dolly with her first born lamb,克隆羊多利(1996-2003),EMBRYO COLONING,克隆羊制备原理,我们是“多利四羊组”,2002年 入选science年度十大科学发现之首临床表现艾滋病期:病毒感染人疱疹病毒6/8型转基
3、因或病毒RNA(外源)链球菌、肺炎链球菌和流感嗜血杆菌导致细菌性肺炎 结核病miRNA形成RISC复合体后可与特定的靶mRNA结合,这种结合不要求严格的互补配对。是广泛存在于真核生物中的一组短小的、不编码蛋白质的RNA家族,它们是由19-23个核苷酸组成的单链RNA(3端可有12个碱基长度的变化)miRNA独有的特征:其5端第一个碱基对U有强烈的倾向性,而对G却有抗性,但第二到第四个碱基缺乏U,一般来讲,除第四个碱基外,其他位置碱基通常都缺乏CRegulatory RNAs血液中可见非典型的单核细胞,提示急性病毒活动期Pre-miRNA在Exportin5介导作用下转运出胞核至胞质中进行下一步
4、加工头痛、肌痛、关节痛等非特异性症状一、HIV的发现与命名国际化研究项目AIDS全球重要的公共卫生问题microRNA相关研究持续1月以上的发热、盗汗、腹泻、乏力The first paper to show that the deregulation of a single miRNA gene can lead to cancer.临床表现艾滋病期:真菌感染(20-20000nt),1998年7 月 克隆牛(日本),2000年1月 克隆猴(英国),for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become plurip
5、otent,iPS(诱导多能干细胞)Induced Pluripotent Stem Cells 通过采用导入外源基因的方法使体细胞去分化为多能干细胞,对于这类干细胞我们称之为诱导多能干细胞。,2010年来自美国,日本的三个研究小组分别实现了将人体血细胞转化为iPS细胞的重要研究突破。,我科学家在世界上首次利用iPS细胞培育出健康小鼠(2009年),STAP cells,人类基因组计划The Human Genome Project(HGP)Completed in April 20031986年由美国生物学家杜伯克首次提出1990年10月美国投资30亿美元启动计划 预计15年完成 国际化研究
6、项目 美国、日本、英国、加拿大、瑞典1999年7月我国承担人类基因组1%测序任务2000年3月我国科学家完成3号染色体测序2000年5月人类基因组草图完成,第三代测序技术(单分子实时DNA测序)“Single Molecule Real-Time(SMRT)DNA Sequencing”,应用:基因组测序 甲基化研究 突变鉴定(SNP检测),Protein function modulatorsmicroRNA的加工成熟microRNA的作用机制siRNA(small interfering RNA)艾滋病认识上的常见误区病变轻微,持续314日,无需特异性治疗可自行缓解Completed in
7、 April 2003HIV-1和HIV-2两个亚型巨细胞病毒(cytomegalovirus,CMV)AIDS全球重要的公共卫生问题miRNA的加工成熟过程与RNAi技术中常用的siRNA有许多相似之处均经过Dicer酶对双链RNA的识别加工而形成单链RNA分子。突变鉴定(SNP检测)果蝇和线虫:12,000-14,000microRNA作用机制艾滋病机会性感染的相关检查体征,直至发展成典型艾滋病的一段时期出现带状疱疹常是AIDS发病的前兆出现带状疱疹常是AIDS发病的前兆少数患者表现为淋巴结炎Completed in April 2003microRNA序列数据库,饶子和,中国科学家解析电
8、子传递链复合物II三维结构,for their discoveries of machinery regulating vesicle traffic,a major transport system in our cells,James E.Rothman,Randy W.Schekman,Thomas C.Sdhof,“发现细胞内的主要运输系统囊泡运输的调节机制”,vesicle traffic,for their discoveries of cells that constitute a positioning system in the brain,John OKeefe,May-B
9、ritt Moser,Edvard I.Moser,“发现构成大脑定位系统的细胞”,for the development of super-resolved fluorescence microscopy,研制出超分辨率荧光显微镜,卡氏肺孢子菌肺炎(Pneumocystis carinii pneumonia,持续1月以上的发热、盗汗、腹泻、乏力miRNA Disease Analysis体征,直至发展成典型艾滋病的一段时期miRNA Functional Analysis Multiple SclerosisReduce target protein美国国立卫生研究院(NIH)发表的一份题
10、为美国疾病控制中心科学家发现获得性免疫缺陷综合征microRNA序列数据库3%)出现在蛋白质编码基因中。microRNA作用机制Post-transcriptional regulatorsProtein function modulators(infectious diseases:AIDS,hepatitis)HIV主要侵犯CD4+T淋巴细胞,及富含CD4+T淋巴细胞的组织microRNAs 有可能成为新型的疾病标志物我国的艾滋病/HIV感染人数被夸大了,因为平时见不到多少患者当前我们所面临的挑战是:这些miRNA到底具有何种功能?它们是如何识别潜在的靶mRNA的?这些miRNA间相互调节
11、作用的结果是什么?Telomerase Activity Miscellaneous,HIV感染引起CD4+T细胞功能损失及耗竭;出现带状疱疹常是AIDS发病的前兆5%)of miR genes are in cancer-associated genomic regions or in fragile sites其余还有约25%的miRNA定位于功能基因内含子,随基因转录表达。与靶mRNA 3-UTR结合,序列特异性的在转录后水平调控基因的翻译表达,在生物发育、脂肪代谢、细胞的分化、增殖和凋亡等过程中发挥着重要作用microRNA序列数据库克隆羊多利(1996-2003)研制出超分辨率荧光显
12、微镜Rnase P RNAThe first study to report on miRNA profiling using an oligonucleotide microchip.mdc-berlin.for their discoveries of cells that constitute a positioning system in the brain有些小RNA分子能直接调控某些基因的开关从而控制细胞的生长发育并决定细胞分化的组织类型头痛、性格改变、记忆力减退、表情淡漠、乃至痴呆属于逆转录病毒科中的慢病毒属HIV感染者的抗病毒治疗是越早越好对感染没有过度的易感性,也能从普通的或
13、季节性感 染中很快恢复microRNA Expression AnalysisHIV感染引起CD4+T细胞功能损失及耗竭;Alzheimers约15%miRNA为成簇存在而共同转录;,microRNA,中心法则,蛋白质编码基因数量,人:30,000果蝇和线虫:12,000-14,000酿酒酵母:6,200假单孢菌:5,500人和鼠的蛋白质编码基因99%是共同的。人个体间单倍体基因组的碱基差异300万个,其中1万个(0.3%)出现在蛋白质编码基因中。98%转录产物是非编码蛋白RNA。,tRNArRNAsnRNAtmRNARnase P RNAvRNAsgRNAsMRP RNASRP RNAsTe
14、lomerase RNA,Transcription/chromatin structure regulatorsPost-transcriptional regulatorsProtein function modulatorsRNA/protein localization regulators,RNA Transcripts,miRNAsiRNApiRNAlncRNA,Protein-coding mRNA,Non-coding RNA Transcripts,snoRNAs,Housekeeping RNAs,Regulatory RNAs,Types of RNA,non-codin
15、g RNA(20-20000nt),small non-coding RNA(sncRNA)(20-500nt),long non-coding RNA(lncRNA)(500-20000nt),有些小RNA分子能直接调控某些基因的开关从而控制细胞的生长发育并决定细胞分化的组织类型小RNA分子本身又包含了若干类RNA,根据小RNA 的生成、结构和功能大约可分为以下几类:,miRNA(microRNA)siRNA(small interfering RNA)piRNA(Piwi-interacting RNAs)qiRNA,小RNA,基因组学,RNA组学,蛋白质组学,miRNA具有高度保守性,即
16、各种miRNA都能在其他种系中找到同源体;miRNA独有的特征:其5端第一个碱基对U有强烈的倾向性,而对G却有抗性,但第二到第四个碱基缺乏U,一般来讲,除第四个碱基外,其他位置碱基通常都缺乏C miRNA执行一定的生物学功能:,对与其互补的mRNA表达水平具有调节作用;一些偏大的miRNA(27nt)可能参与了基因组的重组装参与生物的发育与多种生理、病理过程,为什么miRNAs非常重要?,microRNAs 是一类新的基因调控因子某些miRNAs控制了动植物的发育 理解miRNA 的功能将有助于现在流行的siRNAmicroRNAs 有可能成为新型的疾病标志物microRNAs 可能具有重要临
17、床应用价值,实验结果:RNA干扰基因沉默,1993,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,microRNA的研究历史,Dr.Victor Ambros,1993,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,1993,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,2001年 命名为microRNA,1993,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,2002年 入选science年度十大科学发现之首,对与其互补的mRNA表达水平具有调节作用;当前我
18、们所面临的挑战是:这些miRNA到底具有何种功能?它们是如何识别潜在的靶mRNA的?这些miRNA间相互调节作用的结果是什么?98%转录产物是非编码蛋白RNA。The first paper to show that the deregulation of a single miRNA gene can lead to cancer.miRNA Disease Analysis体征,直至发展成典型艾滋病的一段时期但是因窗口期的 存在,不能确定急性感染 Diabetes5end of the small RNA,28,known as the“seed region”双链,3端有2个非配对碱基,
19、通常为UUmicroRNA的作用机制Cultured cells头痛、肌痛、关节痛等非特异性症状卡波西肉瘤(Kaposisarcoma)严重机会感染、恶性肿瘤http:/pictar.据体内外实验研究表明miRNA的生成需要两个步骤:(infectious diseases:AIDS,hepatitis)BladderHIV抗体快速检测:目前美国FDA批准上市了一批HIV抗体快速检测试剂盒,其特异性和敏感性均较高,我国尚未开展相应检查出现带状疱疹常是AIDS发病的前兆Luc Montagnier,1993,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,The
20、first demonstration of a link between miRNA genes and cancer.,1993,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,miRNA controls some plant phenotype,1993,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,The first study to report on miRNA profiling using an oligonucleotide microchip.,The first paper to explore,by u
21、sing genome-wide miRNA profiling by microarray,the potential importance of miRNAs in the diagnosis and prognosis of a human malignancy,1993,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,The first paper to show that the deregulation of a single miRNA gene can lead to cancer.,1993,2000,2001,2002,2003,2004,2
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