【分子生物学】第七章-药物基因组学

第七章药物基因组学基因（gene）核酸分子中储存遗传信息的基本单位。基因组（genome）细胞或生物体中，一套完整的单倍体遗传物质的总和。HGP（HumanGenomeProject）（一）概念药物基因组学（pharmacogenomics）是研究遗传变异与药物反应相互关系的一门学科，以提高药物的疗效与安全性为目标第一节概述药物代谢遗传因素的决定性药物不良反应（ADR）：在正常治疗药物用量和正常用法下出现的有害的、与用药目的无关的反应。（二）药物效应的个体多样性个体差异（individualvariability）指不同个体对同一药物同一剂量的反应存在量与质的差别（二）药物效应的个体多样性巴比妥类药物氨基糖苷类抗生素奥美拉唑遗传因素非遗传因素药物效应个体差异的主要原因药物基因组学关注个体和群体之间的遗传多态性，其研究重点在于阐明个体对药物不同反应的遗传学基础，实现个体化医疗。N-乙酰转移酶2（芳香胺N-乙酰转移酶）N-acetyltransferase2(arylamineN-acetyltransferase)二、单核苷酸多态性二、单核苷酸多态性（一）单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphism,SNP），也叫单碱基多态性，是指不同个体基因组DNA序列上单碱基的差异。包括单碱基的转换，颠换，插入，缺失等形式等位位点（allele）：同一位置上的每个碱基类型一个人所拥有的一对等位位点的类型被称为基因型（genotype）鉴定一个人的基因型，被称为基因分型（genotyping）特征：数量多，分布广，稳定遗传，分析简单，可能引起蛋白质结构的改变和表达水平位置：基因编码区（cSNP，coding-regionsSNP），3’5’非编码区，内含子和基因之间的连接区引起氨基酸残基改变的为非同义SNP（synonymousSNP）,不引起氨基酸残基改变的为同义SNP（nonsynonymousSNP）检测SNP的技术PCR-RFLP（限制性片段长度多态性法）AS-PCR（等位基因特异性PCR）TaqMan探针方法基因芯片（Genechips）质谱芯片（MassArray）应用1.确定基因多态性和疾病的关系2.解释个体间的表型差异对疾病的易感程度3.对未来疾病做出诊断4.研究不同基因型个体对药物反应的差异，指导药物开发及临床合理用药5.个体间SNP千差万别，通过SNP检测等技术进行法医鉴定及个体识别三、国际人类基因组单体型图计划（HapMap计划）目标是以SNP为标志，构建人类DNA序列中多肽位点的常见模式，即单体型图（HapMap），以及特异识别这些单体型的标签SNP单体型（haplotype）：是指位于染色体上倾向于整体遗传的一组紧密连锁的遗传标记物。一个染色体区域可以有很多SNP位点，但在每一单体型中总有几个SNP对于检测这一单体型是必需的，这种SNP被称为标签SNP（haplotypetagSNP,htSNP）一般情况下，只用少数几个标签SNP，就能够提供某一条染色体片段内大多数的单体型。在人类染色体的很多区域中，单体型的分布，并不是均匀的HapMap计划是由多个国家（加拿大、中国、日本、尼日利亚、英国和美国）联合进行的项目。这一计划的目的在于建立一个免费向公众开放关于人类疾病（及疾病对药物反应）相关基因的数据库。利用HapMap数据库，研究人员通过比较不同个体的基因组序列来确定染色体上共有的变异区域。有助于发现与人类健康、疾病以及对药物和环境因子的个体反应差异相关的基因。HapMap对疾病和药物治疗应答研究的重要意义：一方面描述了个体差异位点的分布；另一方面构建了以人群中遗传差异的传递模式为主要内容的图谱，使研究人员可以根据这一巨大的遗传图谱和所揭示的人类群体的分子遗传机制，为发现药物应答个体差异和复杂性疾病相关易感基因确定研究方案和选择需要进行分析的htSNP。四、药物基因组学的研究方法筛选和鉴定与疾病或药物应答表型相关的遗传标记物是药物基因组学研究的核心内容。候选基因分析全基因组关联分析关联分析：通过比较和分析病例与对照个体遗传标记出现的频率确定关联度。第二节药物基因组学与个体化医疗实践一、遗传变异与药物应答（一）基因多态性与药物代谢1.细胞色素P450细胞色素P450（cytochromeP450或CYP450,简称CYP450）为一类亚铁血红素—硫醇盐蛋白的超家族，它参与内源性物质和包括药物、环境化合物在内的外源性物质的代谢。P450酶的命名•酶蛋白中所含血红素与一氧化碳结合后于可见光450nm处有最大吸收峰而命名细胞色素P450氧化酶，简称P450酶CytochromeP450,CYP450在写法上，CYP表述酶蛋白或mRNA，cyp则表示编码酶蛋白的基因。P450酶分类根据氨基酸序列相似程度进行分类族（相似程度≥40%），族用阿拉伯数字，如CYP1、CYP2等；亚族（相似程度≥55%），亚族用大写英文字母，如CYP1A，CYP2D等；同一亚家族的各种单酶，用阿拉伯数字加以区分，如CYP1A2、CYP2D6等CYP450的功能•是自然界最具催化作用的广谱生物催化剂•催化内源物质（如甾类化合物，脂肪酸，激素等）的代谢和合成•催化外源性物质（如药物，农药，抗氧化剂，增味剂，溶剂，染料，麻醉剂，石油产品等）的代谢，起到解毒与活化的作用（结果对机体可能有益，也可能有害）CYP450的功能与药物的关系•CYP的功能涉及到体内药物的氧化代谢、生物活化和降低细胞毒性•氧化代谢途径包括羟基化、去甲基化、去烷基化和环氧化等人体中参与药物氧化代谢的CYP•属于1-4族，大约5-10种-CYP1A2,-CYP2B6,CYP2C9/10,CYP2C19,CYP2D6,CYP2E1-CYP3A3，CYP3A4-CYP4V2CYP450的个体和种族差异许多药物采用同一剂量个体间的血液浓度可以相差很大，如去甲替林同一剂量血药浓度可相差30倍，而CYP450活性的差异是决定其差异的主要原因•有些CYP450（如CYP2D6和CYP2C19）的活性存在二态性分布，即遗传多态性•酶活性表型（phenotype）-超快速代谢型（ultrarapidmetabolizer,UM）-快速代谢型（extensivemetabolizer,EM）-慢代谢型（poormetabolizer,PM）•酶的基因型（genotype）PM的代谢缺陷属于常染色体隐性遗传CYP450的个体和种族差异CYP450的个体和种族差异有些CYP450（如CYP2D6和CYP2C19）的活性存在二态性分布，即遗传多态性•CYP2D6和CYP2C19的遗传多态性在地理上呈现相反分布-CYP2D6慢代谢型在白种人中占5%-10%，在黄种人中占1%-2%-CYP2C19慢代谢型在白种人中占3%-5%，在黄种人中占15%-20%2、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（UGTs）•主要分布在肝脏中的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（UGTs）是进行Ⅱ相生物转化最重要的一种酶。•是一种位于内质网膜上的糖蛋白，能催化一系列内源性和外源性亲脂糖苷配基底物（如胆红素，甾体激素，药物和杀虫剂等）反应。UGTs的分布a.主要存在于肝，但也有一些同工酶在肾脏、胃、小肠、结肠等组织中也有表达。b.根据氨基酸序列的同源性，可将UGT分为2大家族：UGT1和UGT2UGT1A*28相关的伊立替康疗效（二）基因多态性与药物效应靶分子•药物需要与机体中的靶分子结合才能引发药物效应：如受体、信号分子、细胞因子等•大多数受体本质为蛋白质，而蛋白质是相应基因的表达产物。•受体的结构基因或调节基因在序列上成遗传多态性。•EGFR为酪氨酸激酶受体家族成员之一。表皮生长因子受体(EGF-R)（2）RTK的活化1、结合配体后，受体形成二聚体或寡聚体；2、受体膜内部分发生构象变化；3、酪氨酸残基发生自体磷酸化；4、形成SH2结合位点的空间结构，与具有SH2结构域的下一级信号分子结合；5、信号逐级传递；（二）基因多态性与药物效应靶分子