端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和其應用

1、端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和其應用端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和其應用摘要：端粒對維持染色體的穩(wěn)定和延長細胞壽命至關(guān)重要，其長度的維持有賴于端粒酶的存在。布萊克本和紹斯塔克發(fā)現(xiàn)端粒中的一種獨特DNA序列能保護染色體免于退化，格雷德和布萊克本發(fā)現(xiàn)了端粒酶及其作用。這些發(fā)現(xiàn)揭示了端粒形成和端粒酶保護染色體的機理，3位美國科學家因此榮獲2009年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。端粒酶和端粒結(jié)構(gòu)維持的研究為我們洞悉諸如癌癥、衰老以及遺傳疾病綜合癥等醫(yī)學高度相關(guān)領(lǐng)域提供了新

2、方略并促進了目前正處于臨床檢測的基于以端粒酶活性及表達為目標的癌癥治療新策略的發(fā)展。綜述了端粒和端粒酶發(fā)現(xiàn)的背景、過程及其作用。關(guān)鍵詞：端粒端粒酶癌癥衰老遺傳疾病綜合癥2009年諾貝爾生理學或醫(yī)學由于揭示了染色體是如何通過端粒和端粒酶而得到保護的機理，2009年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予伊麗莎白布萊克本(ElizabethHBlackburn)，杰克紹斯塔克(JackWSzostak)和卡蘿爾格雷德(CarolWGreider)3位博士。

3、他們解決了染色體末端是如何在持續(xù)的細胞分裂過程中避免遭受侵蝕或重組而得以幸存并維持自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定這一長期困惑生物學家的基本問題。通過創(chuàng)造性的基因試驗證實染色體末端具有經(jīng)進化保留的結(jié)構(gòu)與功能。隨后，精細的生化研究揭示了負責染色體DNA末端合成的端粒酶這一早就預測到的對其內(nèi)在RNA模板具有依賴性的酶的存在。端粒酶的缺失將導致端粒重復結(jié)構(gòu)在連續(xù)的細胞分裂中逐漸縮短，生命力受到抑制，并在復制衰老過程中以細胞死亡終結(jié)。人體中編碼端粒酶復合物的基因編

4、碼元件發(fā)生的突變將導致以癌變、干細胞再生和組織維持缺陷為特征的遺傳疾病發(fā)生。許多能夠無限增值的癌細胞能通過提高端粒酶活性來維持端粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。端粒酶的發(fā)現(xiàn)深刻地影響著生物醫(yī)藥的研究并促進了目前處于評估階段的癌癥治療的發(fā)展。1端粒和端粒酶端粒和端粒酶1.11.1端粒端粒端粒是真核細胞染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)。人端粒是由6個堿基重復序列(TTAGGG)和結(jié)合蛋白組成。端粒有重要的生物學功能，可穩(wěn)定染色體的功能，防止染色體DNA降解、末端融合，保護

5、染色體結(jié)構(gòu)基因DNA，調(diào)節(jié)正常細胞生長[1]。正常細胞由于線性DNA復制5末端消失，隨體細胞不斷增殖，端粒逐漸縮短，當細胞端?？s至一定程度，細胞停止分裂，處于靜止狀態(tài)[23]。故有人稱端粒為正常細胞的“分裂鐘”(mistosisclock)，端粒長短和穩(wěn)定性決定了細胞壽命，并與細胞衰老和癌變密切相關(guān)[4]。端粒結(jié)構(gòu)的高度保守性表明端粒在維持染色體的完整性和保護染色體末端等具有非常重要的作用。同種生物不同組織的細胞，甚至相同組織的不同細胞

6、由于處于不同的生命時相，端粒的長度也不一樣。處于不同生命時期的端粒長度也不一樣，胚胎細胞和生殖細胞的端粒長度要長于體細胞端粒的長度，并隨著細胞分裂的不斷進行，端粒長度將不斷縮短。端粒丟失到一定程度，就會失去染色體的保護作用，細胞即趨向衰老和死亡，所以端粒長度決定了細胞壽命，通過測定端粒長度可以預測細胞壽命。同時端粒還可能限制細胞的分裂次數(shù)，因此也有人將端粒的長度稱為“生命時鐘”。1.21.2端粒酶端粒酶端粒酶，是基本的核蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶，可

7、將端粒DNA加至真核細胞染色體末端。端粒在不同物種細胞中對于保持染色體穩(wěn)定性和細胞活性有重要作用，端粒酶能延長縮短的端粒(縮短的端粒其細胞復制能力受限)，從而增強體外細胞的增殖能力[5]。端粒酶在正常人體酶，它能夠在體外以端粒序列為底物合成端粒六核苷酸重復序列。她們后來將這個酶命名為“端粒酶”。端粒酶可以延長端粒DNA，提供復制整條染色體的平臺，使DNA復制不會錯過最后部分染色體的整個長度。1985年，兩位女性———格雷德和其導師布萊克

8、本一道，把這項結(jié)果發(fā)表在《細胞》（Cell）雜志上。緊接著她們對端粒酶活性進一步定性。布萊克本實驗室做了個簡單的實驗，就是用RNA酶處理樣品，降解樣品的RNA，看看端粒酶活性是否受到影響。結(jié)果是酶活性竟然消失了。顯然，端粒酶活性依賴于RNA。1989年，格雷德等人通過跟蹤端粒酶活性，純化并克隆了四膜蟲的端粒酶RNA亞基，發(fā)現(xiàn)RNA亞基有一段RNA序列正好和四膜蟲的端粒DNA序列互補。端粒酶正是利用RNA亞基的這段序列作為模板，重復復制出

9、端粒DNA[8]。3端粒和端粒酶的重要應用端粒和端粒酶的重要應用這些發(fā)現(xiàn)在包括癌癥、衰老、干細胞維持及遺傳病綜合癥的許多領(lǐng)域中具有重要的醫(yī)學應用價值。3.13.1癌癥癌癥人們很快發(fā)現(xiàn)端粒在許多癌細胞系中是不正常的[910]端粒酶活性也提高了80%90%[1112]，無端粒酶活性的腫瘤細胞常顯示有替代的端粒延伸(ALT)機制的作用[13]這與癌細胞具有無限復制能力相一致。上述發(fā)現(xiàn)與所觀察到的太短或未被保護的端粒將誘發(fā)衰老并最終導致細胞死亡

10、這一現(xiàn)在被認為對阻止細胞無限增殖及癌變起重要保護作用的機制統(tǒng)一起來?？s短的和未被保護的端粒誘發(fā)基因組的失穩(wěn)定及隨后的細胞復制受阻和細胞死亡。有時基因的改變回避了上述反應而代之以細胞的轉(zhuǎn)化及癌變。以上發(fā)現(xiàn)促生了各種基于端粒酶的治療策略，而它們要么以阻遏端粒酶活性，要么采用癌癥疫苗方法消滅端粒酶而抑制腫瘤細胞的過度增殖。當前與多種類型癌癥相關(guān)的臨床試驗方興未艾，而其中大多數(shù)是基于端粒酶的癌癥免疫療法(clinicaltri2als.gov)

11、。不過結(jié)論性的結(jié)論尚未取得。然而潛在的難題仍然不少，未被保護的端粒誘導的衰老及細胞程序性死亡的作用過程表現(xiàn)為對p53依賴性，而許多腫瘤中為什么會存在未活化的p53突變體就是其中的難題之一。另一令人困惑的事實來自于小鼠模型中觀測到的端粒酶的消失能誘發(fā)腫瘤，短端?？赡茉谀承┣闆r下增強基因組的不穩(wěn)定性并加速腫瘤發(fā)生。這與在有癌癥傾向的以端粒酶功能缺陷為特征的家庭疾病綜合癥中觀測到的現(xiàn)象相一致。格雷德的研究組最近報道了在小鼠中端粒的縮短誘發(fā)了非

12、轉(zhuǎn)錄的原始細胞和腫瘤細胞中的端粒重組以及其它的端粒維持機制，這表明利用藥物阻遏端粒酶的療法可能存在問題。有報道稱正常成體干細胞含有較長的端粒并具有端粒酶活性是當前另一值得關(guān)注的潛在事實。這也重申了抗端粒酶療法具有引發(fā)副作用的風險。最近基因組范圍相關(guān)研究顯示TRET是誘發(fā)包括肺癌及glioma在內(nèi)各種類型癌癥的敏感基因，此外能降低端粒酶活性的TERT基因變異類型是導致急性myeloid白血病的風險因子[14]?？傊?，有關(guān)抗端粒酶療法背后的