973项目申请范文－基于生物信息的药靶高通量筛选及功能研究

973项目申请范文－基于生物信息的药靶高通量筛选及功能研究内容摘要：

s. Biotechnol Annu Rev, 2020,7:165177 (16) Rothberg BEG. The use of animal models in expression pharmacogenomic analyses. Pharmacogenomics J,2020,1(1):4858 (17) Bugelski PJ. Gene expression profiling for pharmaceutical toxicology screening. Curr Opin Drug Discov Devel, 2020, 5(1):7989 (18) Los G, Yang F, Samimi G, et al. Using mRNA expression profiling to determine anticancer drug efficancy. Cytometry,2020, 47(1):6671 (19) Zembutsu H, Ohnishi Y, Tsunoda T, et al. Genomewide cDNA microarray screening to correlate gene expression profiles with sensitivity of 85 human cancer xenografts to anticancer drugs. Cancer Res, 2020, 62(2):51827 (20) Raucy J L, Allen S W. Recent advances in P450 J 2020 1Issue 3:17886 (21) Adam GI. The development of pharmacogenomic models to predict drug response. Curr Opin Drug Discov Devel, 2020, 4(3):296300 (22) Chen X, Ji ZL, Chen YZ. TTD: therapeutic target database. Nucleic Acids Res, 2020,30(1):4125 三、总体 目标、五年目标 1．总体目标 10 通过上述研究建立我国特色的药靶发现 和 验证 的 综合性 技术平台 ， 发现若干功能明确的 药靶。 为 创新药物的研究、开发及临床合理用药提供新型靶标和理论依据；培养一支 药物基因组学研究人才队伍 ， 为我国创新药物的研究、开发乃至临床个体化医疗打下坚实的学科、人才、理论和技术基础。 2．五年目标 预期目标 ：  建立一系列药靶 筛选 和 功能研究 技术平台： 建立 以 生物信息学 和生物芯片 、化学 基因组学 和 病毒感染基因组学为基础的药靶 高通量 筛选 技术平台；在分子、细胞、动物及人体水平上，建立以 生物芯片 、反义 核酸 /RNAi、 转基因和基因敲除 等 技术 为核心的系统的药靶验证技术平台。  建 立 “组合药靶”的 发现策略： 基于生命是一个复杂的过程和体系， 疾病是由 多个彼此之间存在着相互作用和动态变化的分子引起的这些基本生理和病理现象，提出“组合药靶”的药靶发现策略，验证并 完善组合药靶策略的可行性。 这一策略的核心思想是：从基因功能网络中筛选疾病特异相关的基因组合，并验证 以 这些特异性基因组合为靶进行药物筛选的可行性及机理，如果被证明可行 ， 则这些特异性分子组合 即称 为“组合药靶”。  建立药靶发现的生物信息学知识系统： 整合结构 生物学 和功能基因组学的信息资源，建立相应的 药 靶发现生物信息系统学 知识 系统，包括数据库 、 药靶筛选和验证的新算法、新理论等。 完成具自有知识产权 的人类蛋白组电子字典 1 项 (human protein dictionary)、二级数据库 3－ 5 个和新算法 2－ 3 个 ；  发 现 若干 新型药靶 : (1) 通过生物信息学 手段分析，初步 筛选出 1000－ 3000个潜在药靶， 300500 个 可供进一步 实验 验证的 候选药靶 ； (2) 通过系统筛选和功能验证， 获得 35 个（组）可供抗肿瘤或抗病毒药物筛选的药 靶 和“组合药靶” ； (3) 发现 2－ 3 个与 疗效和毒副作用 有关的功能多态性 SNP。 四、 拟解决的关键科学问题和 主要研究内容 关键科学问题 药靶 的发现是新药研究和开发 的瓶颈。 围绕这个 问题 ， 本项研究拟解决以下三方面的科学问题： (1) 药靶 的 特异性 问题 ： 一个 功能和疾病相关 基因能否成为药靶与许多因素有关，理 想的药靶必须在疾病发生和发展中扮演重要角色且与其在正常细胞中的功能有明显区别。 如何发现特异性药靶并阐明其作用机理是本项目要解决的核心科学问题 之一 ； (2)药 靶的可药性问题 ： 并不是所有的疾病相关基因都能够成为药靶，只有那些即能与药物发生相互作用又能引起 药物 效应 的基因才能成为药靶 ，阐明药靶的 可药性 特点和 规律是本项目拟解决的另一 关键 科学 11 问题 ； (3)多态性 对药物作用的影响 ： 患 同 一 种 疾病的不同个体对药物的反应有很大差异， 这是引起药物 疗效不佳和 不良反应 的最重要原因之一。 本项目 拟解决的另一科学问题是 药靶和药物代谢酶 多态性的发现及其与药物疗效和毒副作用的关系。 2． 主要 研究内容 针对 上述科学问题 ， 本项目拟开展以下 7 个方面的研究内容 ： 1) 药靶发现 中的生物信息学 研究和 知识系统的 建立 对结构和功能基因组学的数据进行整合与加工，构建实时注释的人类蛋白组电子字典，其中包括全部已知和 in silico预测的蛋白质及其注释，为本项目的生物信息学研究奠定基础。 用基因表达谱及蛋白质谱的公开及自有数据，结合二级数据库构建和包括 SNPs数据在内的数据挖掘的手段，探 索建立疾病中核酸和 /或蛋白质相互作用的网络系统；可供对疾病的机制、规律，包括与 SNPs的关联进行深入分析和理论探讨。 对经分子生物学验证的关健候选靶标进行三维结构分析，为基于结构的药物设计技术铺垫技术平台，提供参考数据和可药性的线索。 研制相关的新算法、新软件；建立本项目的 LIMS信息管理系统，实现生物信息学与分子生物学研究的互动、查询与分析，完成“新药靶标发现的知识系统”，不仅为本项目提供 in silico潜在靶标的来源与验证，还为经分子生物学验证的关健靶标提供三维结构信息，为进一步的药物设计奠定基础。 2) 高 通量 药靶 筛选 及其相互作用分析 技术体系的建立 根据 课题 1所 筛选的 与 肿瘤发生 、 发展及转移等 环节 相关基因 的序列 ， 设计并合成 出相应的 基因 探针 ，制备成基因芯片。 用该基因芯片分析人消化系统肿瘤组织 （已经具备 国际上最 系统的 人类消化系恶性肿瘤裸鼠原位移植瘤株库，并建立了相应的动物移植瘤模型 ） 的基因表达谱 并 同时分析其 蛋白质表达谱，将 得到的表达谱与相应的参考组织比较，通过聚类 等生物信息学分析发现肿瘤组织特异性 表达的基因或蛋白 分子 做为候选药靶。 克隆和在酵母中表达 300500个 课题 1所提供的 及上述实验发现的 针对肿瘤等疾病的 候选 药物靶基因或结构域，基于酵母交配技术用酵母双杂交高通量研究候选药靶蛋白或其结构域相互作用蛋白网络，获得与肿瘤相关的差异表达蛋白相互作用的图谱 和功能线索。 3) 用化学基因组学方法高通量筛选药靶及其配基 在建立并优化基于分子结构的药物虚拟筛选软件及算法的基础上，针 对本项目所发现的 消化系统抗肿瘤药物候选 药靶，进行 结构模型建立。 应用高通量计算机虚拟方法 发现 配基 ， 并进行组合化学合成。 对合成的多样性配基 依 次 在细胞和动物模型上进行 活性评价， 筛选出有功能的药靶并 通过其它技术进一步验证其功能 和可药性，从而获得可供抗肿瘤药物筛选的 新 药 靶。 12 应用基于细胞功能 的高通量 筛选方法，对具有结构多样性的化合物库 (包括具有抗肿瘤活性的 中药有效成分或其提取物 )进行筛选，根据细胞功能的变化，发现具有 抗肿瘤活性的 化合物 并在动物水平上进行验证 得 到活性 先 导 化合物。 以该先导 化合物为探针 (配基 )， 采用生物芯片和蛋白质组学等技术研究 其对基因和蛋白表达谱的影响，发现其 作用 的候选 靶标。 通过反义核酸 、 RNAi、 转基因或基因敲除等技术对 得 到的候选靶 标进行功能验证，以获得 确 证 药 靶。 4) 利用基因工程小鼠寻找和验证 次级 药靶 病理性血管新生与恶性肿瘤的发展密切相关，血管新生过程涉及多种血管生长调控因子 (包括 VEGF， Angiopoetin和 Jagged1等 )的表达变化。 这些因子分别涉及血管内皮细胞的增殖、血管通透性和稳定性、及血管重塑等过程。 多数因子在肿瘤组织中表达异常，最新研究表明相关信号通路 可能是潜在的抗肿瘤药靶。 本研究以 Angiopoetin Jagged1和 P53基因剔除小鼠为模型，分析三种不同基因之间的协同功能，比较突变型小鼠和野生型小鼠对不同致癌物和不同抑癌药物的反应性，运用基因芯片比较突变型小鼠和野生型小鼠相关组织的基因表达差异，寻找这些基因的下游调控因子作为潜在的抗肿瘤药物新靶标，并进一步运用转基因和基因剔除技术分析 2－ 3个下游因子作为药靶的可能性。 建立用基因工程小鼠寻找和确认药靶的技术平台。 5) 5） “组合药靶” 的 高通量筛选 和功能 验证 针对 若干 消化系统肿瘤， 基于 课题 1－ 4获 得的与 肿瘤发生 、 发展 及 转移等相关的基因 ， 通过正交设计等统计学方法进行实验设计，应用 反义核酸 和 RNAi技术 ， 结合基于细胞 功能 的 高通量筛选 验证候选靶基因和基因组合与肿瘤细胞增殖或凋亡的相关性。 对其特异性进行分析 ， 发现具有特异抗癌作用的“组合靶标”。 采用生物芯片和蛋白质组学技术分析上述“组合药靶” 被 抑制前后肿瘤细胞基因和蛋白质表达谱的变化，揭示多 靶标干预肿瘤细胞增殖的分子机理。 在 裸鼠 原位 或 皮下 移 植 瘤 模型上验证“组合 药 靶”的抗肿瘤 生长和转移 作用。 通过上述研究探索基于“组合药靶”的 特异性 药靶发现策略 并建立相应的技术体系 ，为 基于机理的 特异性抗肿瘤药物 的研究 提供 靶标和理论 依据。 6） 组合药靶” 基因多态性分析与功能研究 鉴于抗肿瘤 化疗 药物较为严重的毒副作用及基因差异导致药物反应的个体差异，以 23种代表性肿瘤 化 疗药物（ 5Fu，紫杉醇等）为例， 选择与其疗效 、毒副作用相关的“组合药靶”， 通过大规模基因筛查结合生物信息学分析，确定其 多态性在 中国人群中的发生频率，以体外克隆表达及临床基因型 /表型分析等方法，系统研究与以上药物相关的代谢酶、靶标及转运蛋白等 “组合药靶” 基因的 多态性与药物代谢、疗效和毒副作用等变化的关系，确定基因多态性的功能，建立基于基因分型指导抗肿瘤药物临床个体化医疗的方案，为合理用药提供理论 13 依据。 7） 7）“组合药靶”的 策略从宿主细胞中发现抗 HBV药靶 根据 课题 文献和本实验室 研究 发现的 HBV感染 差异表达基因 或蛋白质 信息 ， 筛选一批候选靶基因， 设计合成探针 并 制备成基因芯片。 利用基因芯片技术和 蛋白质 组学 技术研究乙型肝炎病 毒 及其 编码 蛋白分子作用于 （或 感 染和非 感染HBV基因 ） 肝细胞前后 细胞 基因 和蛋白质表达谱的变化， 同时 比较 HBV患者和正常人肝组织基因和蛋白质 （包括血清） 表达谱的变化。 通过 芯片表达谱 生物信息学分析发现差异表达的 基因 和蛋白质分子 ， 寻找在乙肝病毒感染过程中宿主细胞的主要应答基因和蛋白 质分子。 对发现的 HBV感染相关基因， 采用大规模基因测序、分型和生物信息学方法，分析中国人群与乙肝病毒感染 、发病有关联的候选基因多态性特点 ，分析其与乙型肝炎感染、发病、治疗和预后的关系，从而确定和发现一批乙型肝炎易感或抗性基因，作为抗 HBV治疗的候选药靶。 最后利用 “组合药靶”的策略筛选和验证 以上 关键 分子 作为抗 HBV药物筛选“组合药靶”的可行性。 五、总体研究方案 1． 学术 思路和技术路线 特异性和可药性 (drugable)是一个药靶必须具备的最基本的性质，如何发现特异性和可药性药靶并分析其特点和作用机理是本项目 要解决 的关键科学问题。 本项目首先拟建立一个药靶 发现的技术平台 (见图 1)，并将该技术平台应用 于 抗肿瘤和抗 乙型 肝炎病毒 药靶 的研究 ，从该研究中发现一些特异性和可药性药靶的特点和规律，为新 药靶的发现奠定技术和理论 基础。 技术平台的建立 ， 首先 根据 药靶发现的需要 ， 结合国际前沿及我国的研究基础和技术条件 等特色 ，基于现有生物信息资源，通过生物信息学、化学基因组学技术 结合表达谱分析等技术，筛选系列候选药靶，然后通过 RNAi 和反义核酸、生物芯片、酵母双杂交、 基因敲除 再结合 生物信息分析等技术结合肿瘤 原位移 植模型对上述发现的候选药 靶进行系统地功能验证，获得特异性和可药性药靶 ，通过上述研究，建立药物基因组学数据库和药靶发现知识系统。 就疾病特异性 和可药性 药靶 的 发现 问题 ，拟采用 消化系统 肿瘤 作为 主要 研究。