端粒与端粒酶及作用机理的应用

端粒与端粒酶及作用机理的应用

周梓耘

（生物技术 10102117）

内容摘要：端粒是线状染色体末端的DNA重复序列，是真核染色体两臂末端有特定的DNA重复序列构成的结构，使正常染色体端部间不发生融合，在不同物种细胞中对于保持染色体稳定性和细胞活性有重要作用。端粒酶是负责端粒延长的一种酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端。对端粒和端粒酶的研究还加深了人们对衰老和癌症等重大生物医学问题的理解，也为人们寻找和设计药物或手段来延缓衰老和治疗疾病提供了契机。激活其活性，增加细胞分裂次数，从而延缓衰老；抑制其活性，减少至抑制细胞分裂，从而治疗癌症。

关键词：端粒；端粒酶；衰老；癌症

一、端粒

1、什么是端粒：

端粒是真核细胞染色体末端由特定的DNA重复序列构成的特殊结

构，位于线性染色体末端。端粒DNA包括非特异性DNA和由高度

重复序列组成的特异DNA序列。通常是由富含鸟嘌呤核苷酸的短

的串联重复序列组成，伸展到染色体的3'端。由于复制机制的不

完整性，正常细胞线性DNA复制时5'末端消失，故细胞每分裂一

次约丢失一个冈崎片断长度的DNA，即25-100对碱基，因此端粒

会以一定的速度丢失。随着体细胞不断增殖，端粒逐渐缩短，当

端粒缩至一定程度时，细胞停止分裂，处于静止状态。因此，严

重缩短的端粒是细胞老化的信号。故有人称端粒为正常细胞的

“分裂钟”，端粒长短和稳定性决定了细胞寿命，并与细胞衰老和

癌变密切相关。

2、端粒的发现：

二十世纪三十年代，Barbava McClintock和Hermann J.Muller发现，染色体的末端有一种能稳定染色体结构和功能的特殊成分。如果缺少了这种成分，染色体之间就会互相粘连、出现结构的变化或其它错误的行为，以致影响到染色体的生存和正确复制，并进一步威胁到细胞的存亡。于是从希腊文的"末端"（telos）和"部分"（meros）二词为这种特殊的成分创造了一个全新的术语"端粒"（telomere）。

3、端粒的生物学功能：

可保护染色体末端结构，维持染色体稳定，防止染色体间末端连接，并可补偿滞后链5'末端在消除RNA 引物后造成的空缺，保护染色体结构基因DNA，调节正常细胞生长。

二、端粒酶

1、什么是端粒酶：

端粒酶是在细胞中负责端粒的延长的一种酶，是基本的核蛋白逆转录酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端。端粒在不同物种细胞中对于保持染色体稳定性和细胞活性有重要作用，端粒酶能延长缩

短的端粒（缩短的端粒其细胞复制能力受限），从而增

强体外细胞的增殖能力。端粒酶在正常人体组织中的活

性被抑制，在肿瘤中被重新激活，端粒酶可能参与恶性

转化。端粒酶的存在，就是把 DNA 克隆机制的缺陷填

补起来，即由把端粒修复延长，可以让端粒不会因细胞

分裂而有所损耗，使得细胞分裂克隆的次数增加。

但是，在正常人体细胞中，端粒酶的活性受到相当严密的调控，只有在造血细胞、干细胞和生殖细胞，这些必须不断分裂克隆的细胞之中，才可以侦测到具有活性的端粒酶。当细胞分化成熟后，必须负责身体中各种不同组织的需求，各司其职，于是，端粒酶的活性就会渐渐的消失。对细胞来说，本身是否能持续分裂克隆下去并不重要，而是分化成熟的细胞将背负更重大的使命，就是让组织器官运作，使生命延续。

2、端粒酶的发现：

端粒酶是1985年Blackburn在四膜虫细胞核提取物中首先发现并纯化的。Blackburn实验室发现带着四膜虫端粒的人工线性染色体导入到酵母后，被加上了酵母的端粒而不是四膜虫的端粒。当时人们普遍倾向于认为同源重组是端粒延伸的机制，但是同源重组无法回答以上的现象。一个更为合理的解释是：端粒的复制是由专门的酶来承担的。Blackburn实验室从大核的裂解液中发现了能延伸体外合成的四膜虫端粒DNA的酶活性。这种酶活性不依赖于模板，因而命名为端粒末端转移酶活性，简称端粒酶。但很快他们又发现这种酶，其实是以RNA为模板合成出DNA的反转录酶。

3、端粒酶的生物学功能：

端粒酶在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。端粒酶的活性在真核细胞中可检测到，端粒酶中含有RNA模板，其功能是合成染色体末端的端粒，使因每次细胞分裂而逐渐缩短的端粒长度得以补偿，进而稳定端粒长度。

三、端粒与端粒酶作用机理的应用

1、延缓衰老：

1.1端粒与衰老：

端粒与细胞寿命的控制密切相关。人类端粒长度大约2-15 kb，由于存在末端复制问题，DNA每复制1次，端粒DNA就会丢失50-200bp，随着细胞分裂次数的增加，端粒DNA也在进行性地缩短，当缩短到一定限度后，便不能维持染色体的稳定，使细胞失去了分裂增殖能力而衰老死亡，这种缩短就是衰老的标志。

1973年Olovfnikov博士首次提出了端粒丢失与衰老关系的理论。他认为端粒的丢失可能是因为某种与端粒相关的基因发生了致死性的缺失，后又有许多人对该理论进行了进一步阐明。目前认为，细胞内端粒酶活性的缺失将导致端粒缩短，这种缩短使得端粒最终成为不能被细胞识别的末端。这并不是说端粒不存在了，而是说端粒短到了一个临界长度，端粒一旦短于此长度，就可能导致染色体双链的断裂，并激活细胞自身的检验系统，从而使细胞进入M1期死亡状态。随着端粒的进一步丢失，将会发生染色体重排，双着丝粒染色体和非整倍体染色体的形成，这将进一步导致危机的产生，即M2期死亡状态。如果细胞要维持其正常分裂，那么就必须阻止端粒的进一步丢失，并激活端粒酶，细胞进行正常染色体复制。对于那些无法激活端粒酶的细胞将只能面临衰老的结果。端粒长度的缩短可以激发细胞老化，一种可能是染色体末端端粒DNA序列的丢失释放了端粒结合转录因子，该因子或者激活了衰老诱导基因，或者灭活了细胞周期进行所必需的某些基因。另一种可能是端粒长度缩短诱导了DNA损伤反应，导致细胞周期受阻。沉默基因机制认为:染色体末端端粒长度缩短破坏了端粒周围染色质结构的完整性，导致这一区域的基因表达而诱导细胞衰老。可见，端粒结构不仅仅是在于维持染色体长度所必需的，而且端粒的变化可引起生命状态的变化。

1.2端粒酶与衰老：

端粒的长度是由端粒酶决定的。正常人的体细胞经多次分裂后 ,端粒缩短 ,但如果在端粒缩短的同时 ,激活端粒酶 ,就能以自身的模板合成端粒 ,以弥补端粒的缺损 ,维持染色体的稳定性 ,使细胞免于衰老死亡而获得生存 ,发展成为“永生细胞”。

1.3延缓衰老相关实验研究：

端粒在不同物种细胞中对于保持染色体稳定性和细胞活性有重要作用，端粒酶能延长缩短的端粒，从而增强体外细胞的增殖能力。

绍斯塔克获得丧失了能够添加端粒结构的酵母突变体，这些突变酵母开始还可正常生长，但随着端粒DNA 的逐渐消失，酵母生长缓慢，最终停止分裂。布莱克伯恩制备了端粒酶中RNA 缺乏的四膜虫突变体，结果其效应类似,两种突变细胞都出现了提前衰老的现象；相反有功能的端粒可防止染色体损伤和延迟细胞衰老。格雷德研究小组发现人类细胞的衰老也可被端粒酶延迟。这些结果都说明了端粒长短与细胞寿命有密切关联，但考虑到衰老是一个复杂的过程，受多种因素的影响，因此端粒只可能是重要因素之一。

精子和卵子等生殖细胞中可以制造端粒酶，而大多数成年细胞却丧失了这一功能，从而导致成年细胞的端粒长度短于生殖细胞，至少体外实验证明端粒的缩短将逐渐导致细胞的衰老。因而研究端粒酶的机理对于延缓细胞及机体衰老有着至关重要的作用。

2、防治癌症：

肿瘤是一种体细胞遗传病，人们很早以前就把目光集中到遗传物质的载体——染色体上。通过研究染色体在肿瘤形成中的变化，发现人恶性肿瘤细胞中染色体的端粒酶的活性均不同于正常体细胞；在许多正常体细胞中检测不到端粒酶活性，而几乎所有的人类恶性肿瘤细胞中的端粒酶均呈现活性。统计资料表明，84.8%的恶性肿瘤具有活化状态的端粒酶，而仅在4.2%的正常组织、癌旁组织和良性肿瘤中端粒酶呈阳性。因此可以推断，端粒酶活性的变化也许是伴随细胞恶化而产生的。随着对端粒和端粒酶研究的不断深入,已发现端粒系统与癌症有密切关系。如果抑制端粒酶的活性 ,就可以使癌细胞停止分裂增殖 ,达到抗癌目的。

端粒的缩短在肿瘤发生和发展过程中扮演着双重角色。当端粒缩短到临界长度时，可引起染色体与基因组的不稳定，从而诱发肿瘤的形成。相反，由于端粒的缩短，又可启动DNA损伤信号，进而抑制肿瘤的发生。在一些慢性疾病中，如：动脉脂肪硬化，溃疡性结肠炎等，可检测到缩短的端粒。经实验证实，是由于缩短的端粒限制了组织和器官的再生功能，当引入TERT基因表达端粒酶时，可以恢复缩短的端粒。因此，在衰老的细胞和慢性疾病过程中，可以通过激活端粒酶的活性，来延长组织和器官的再生功能。端粒酶的激活一方面可以阻止端粒的进一步缩短以维持染色体与基因组的稳定；但是另一方面又可促进肿瘤的形成及裂变。有研究显示端粒酶有助于肿瘤的形成远胜于它对端粒的延长。在某些肿瘤去分化的过程中端粒酶活性也未受到抑制。总而言之，在缺失端粒酶的情况下，并不影响肿瘤的初步形成，但是要维持肿瘤的发生、发展及恶性转化，却要有稳定的端粒长度，这往往要求端粒酶的重新激活。由于端粒酶在绝大多数肿瘤细胞中表达而在正常体细胞中阴性，因此，目前认为端粒酶可做为肿瘤的特异治疗靶点。

对癌细胞进行研究发现永生化是癌细胞所具有的显著行为，即癌细胞具有端粒酶被激活的细胞所具备的特性。1995年Hiyama等人在对100例成纤维神经细胞瘤的研究中证实，有端粒酶活性表达的肿瘤组织占94%，端粒酶活性越高的组织越容易伴有其它遗传学变化，并且预后不良；而低端粒酶活性的肿

瘤组织中未见有相应的变化且都预后良好，甚至有3处于IVS阶段的无端粒酶活性的病例竟出现了肿瘤消退的现象。这说明端粒酶同癌症之间存在着相关性，但是否因果关系，还很难定论。

根据目前的假说，衰老可能是由端粒的缩短导致，这可以通过激活端粒酶来阻止。可是，一旦重新获得有活性的端粒酶，这些细胞又将成为永生化细胞，继而衍变为癌症。因此恰当的发挥端粒与端粒酶在解决衰老与癌症中的作用是生命研究领域的一个新课题。

结论：

对端粒和端粒酶的研究加深了人们对衰老和癌症等重大生物医学问题的理解，也为人们寻找和设计药物或手段来延缓衰老和治疗疾病提供了契机。激活其活性，增加细胞分裂次数，从而延缓衰老；抑制其活性，减少至抑制细胞分裂，从而治疗癌症。但细胞衰老的端粒一端粒酶假说仍有待探究，因此研究端粒系统及作用机理的应用是意义重大的。若能正确的发挥端粒系统在衰老与癌症这一生命研究领域的作用，将会造福人类。

参考文献：

[1]马鹤雯，张玉静，阮承迈等《端粒（酶）同癌症与衰老关系的研究进展》《国外医学遗传学分册》2000年第23卷第3期

[2] 邓艳葵．谈就业视角下的实践教学[J]．教育与职业，2003(9)：40-42．

[3] 郭胜．以就业为导向构建实践性教学体系[J]．职业与成人教育，2005(3)：40．

[4] 廖胜刚．创新实践教学对接高校人才培养模式与就业市场需求[J]．高等教育研究，2005(11)：145·147．

[5] 林永春．大学生就业与高等院校实践性教学研究[J]．天津市财贸管理干部学院学报，2005(1)：23-25．

[6] 董南南．改进传统实践教学拓展学生就业新路[J]．天津市工会管理干部学院学报，2003，11(1)：52-54．

[7] COLLINS K，MITCHELL j R．Tdomerase in the human organism[j]．Oncogen，2002，21(3)：564-579

[8]《端粒、端粒酶与衰老》生物谷网站

[9]许娜，潘文干，刘玉莲《端粒系统与人类衰老关系》《吉林医药学院学报》2006年9月27卷3期

[10] 陈新荣，林爱星，陈永福．端粒酶的研究进展[J]．生物技术通报，2001(4)：5．8．

端粒和端粒酶的研究及应用

端粒和端粒酶的研究及应用 2005-4-11 https://www.sodocs.net/doc/f83693529.html, 来源：丁香园 10:56:00 摘要：古往今来，“长生不老”成为人们一直追求的梦想，曾经有多少人用各种方法来延缓衰老，但终未取得显著效果。近年来研究证实，端粒缩短导致衰老。本文就端粒、端粒酶与衰老的关系做一综述。 关键词：端粒、端粒酶、衰老 最早观察染色体末端的科学家始于19世纪末期，Rabl[1]在1885年注意到染色体上所有的末端都处于细胞核的一侧。20世纪30年代，两个著名的遗传学家McClintock B [2]和Muller HJ [3]发现了染色体的末端可维持染色体的稳定性和完整性。Muller将它定义为“telomere”，这是由希腊词根“末端”（telos）及“部分”（meros）组成的。30多年前，Hayflick[4]首次提出将体外培养的正常人成纤维细胞的“有限复制力”作为细胞衰老的表征。在此过程中，细胞群中的大部分细胞经历了一定次数的分裂后便停止了，但它们并没有死亡，仍保持着代谢活性，只是在基因表达方式上有一定的改变。于是Hayflick猜测细胞内有一个限制细胞

分裂次数的“钟”，后来通过细胞核移植实验发现，这种“钟”在细胞核的染色体末端——端粒。但端粒究竟是怎样的复杂结构呢？Blackburn和Gall[5] 于1978年首次阐明了四膜虫rDNA分子的末端结构，他们发现这种rDNA每条链的末端均含有大量的重复片段，并且这些大量重复的片段多是由富含G、C的脱氧核苷酸形成的简单序列串联而成。在1985年，CW?Greider和EH?Blackburn发现将一段单链的末端寡聚核苷酸加至四膜虫的提取物中后，端粒的长度延长了，这就说明了确实有这样的一种酶存在[6]，并将它命名为“端粒酶”（telomerase）。之后，耶鲁大学Morin 于1989年在人宫颈癌细胞中也发现了人端粒酶[7] 。近年来，随着人体端粒酶的发现和端粒学说的提出，已经知道决定细胞衰老的“生物钟”就是染色体末端的端粒DNA，它可随着年龄的增长而缩短。 一、衰老机理及假说 许多人错误的认为，退休是一个人进入生理老年的开端。而老年则是衰老的标志，其实，这是不科学的。人体的所有器官和组织都由细胞组成，但组成器官和组织的细胞有两大类，即干细胞和非干细胞。人体衰老正是由细胞特别是干细胞衰老引起的。医学家认为，如果人类若能避免一些疾患和意外事故，人类寿命的上限应当是130岁。在人类基因组计划之前和进行之中，对长寿的分子生物学研究就有了许多显著的成果与发现。总的归纳起来便是：衰老是一种多基因的复合调控过程，表现为染色体端粒长度的改变、DNA损伤（包括单链和双链的断裂）、DNA的甲基化和细胞的氧化损害等。这些因素的综合作用，才造成了寿命的长短。

端粒与端粒酶

端粒是真核生物染色体末端的DNA重复片段，由许多个短的富含G重复序列组成的3撇端。并突出于另一条DNA链的5撇端，和许多蛋白质构成。这些重复序列并不含有遗传信息，形态上，染色体DNA末端膨大成粒状。像两顶帽子盖在了染色体的两端，作为染色体末端的保护帽。 端粒存在戴帽和非戴帽两种状态，戴帽状态是端粒的功能状态。细胞可以继续分裂；非戴帽状态会引发细胞周期的阻滞。在正常的细胞分裂时，端粒可以在两种状态间变换，随着细胞分裂的继续，越来越多的细胞粒处于非戴帽状态，继而出现衰老与细胞死亡。 端粒的功能是完成染色体末端的复制，防止染色体相互融合、重组和降解，维持染色体的完整性。端粒的DNA序列既有高度的保守性又有种属的特异性。在生物体内，正常体细胞端粒的长度是有限的，随着细胞的持续分裂，端粒就会缓慢缩短，当端粒再也无法保护染色体免受伤害时，细胞就会停止分裂，或者变得不稳定。因此，生物体细胞分裂的次数是有限的。端粒的长度决定了细胞的寿命，所以端粒又被称为“生命的时钟”。 端粒酶的主要成分是RNA和蛋白质，即核糖核酸蛋白质复合体。是端粒重复序列延伸的反转录DNA聚合酶。真核细胞染色体末端DNA的复制不是由DNA聚合酶完成的，而是由端粒酶催化合成的。以其自身RNA组分为模板，并且RNA上含有引物特异识别位点。蛋白质具有催化活性，以端粒3撇端为引物，通过反复延伸与移位，又反复地将重复片段加到突出的3撇端上，而互补的富含C的延伸像后随链那样复制，未补偿由去除引物引起的末端缩短。因此在端粒的保护中，端粒酶起着至关重要的作用。但端粒的延长并非只有端粒酶一种途径，而是存在端粒酶依赖和非端粒酶依赖两种。 人端粒酶结构主要包括3部分：端粒酶RNA(hTR);端粒酶催化亚单位（hTERT）和端粒相关蛋白质（TPI/TLPI） 人体细胞中端粒酶合成和延长端粒的作用是在胚胎发育过程中完成的，当胚胎发育完成后，端粒酶活性在大多数组织中消失，除生殖细胞、造血干细胞以及外周淋巴细胞的等少数几种细胞外。由此认为胚胎期获得的端粒应以足够维系人体的整个生命过程中因细胞分裂所致的端粒缩短。端粒酶活性阳性细胞中的hTERT基因突变或沉默则细胞端粒酶活性消失。在端粒酶活性阴性的细胞中导入编码的hTERT基因，则可以重建细胞的端粒酶活性，结果细胞的端粒增长，寿命延长，老化过程延缓，甚至出现永生化现象。 目前认为，细胞的衰老是由端粒的丢失引起的，而端粒的丢失又与端粒酶的活性有关，人体细胞内端粒酶活性的缺失导致端粒缩短，这种缩短使得端粒最终不能被细胞识别，端粒一旦短于“关键长度”，就很有可能导致染色体双链断裂，使细胞进入M1期死亡状态。随着端粒的进一步丢失，将导致进一步的危机，即M2期死亡状态。当几千个端粒DNA丢失后，细胞就会停止分裂进入衰老状态。 新进研究显示引起细胞衰老的原因与端粒的长度无关，而与以下几个因素有关：端粒的位置效应、DNA损伤信号以及端粒富含G的3撇末端突出的缺失。 端粒和端粒酶的发现也是有关人体衰老、癌症和干细胞等研究的谜题拼图中重要的一片，次发现使我们对细胞的理解增加了新的维度，清楚地显示了疾病的机理，并将促使我们开发出潜在的新的疗法。尽管已有越来越多的有关端粒与端粒酶的研究成果，但这一领域仍然存在着不少有待解决的问题等待着人类去探索去认知。

端粒与端粒酶——衰老与疾病的预测因子

端粒与端粒酶——衰老与疾病的预测因子 生工食品学院食品科学与营养系章宇0010141 摘要：端粒和端粒酶是现代生命科学领域研究的热点，端粒封闭了染色体的末端并维持了染色体的稳定性，端粒缺失会引起染色体融合并导致细胞的衰老及死亡。端粒酶的活化可延长染色体末端DNA，维持基因组的稳定，并且端粒酶活性的异常表达又会引起细胞永生化或转化成癌细胞。由于端粒和端粒酶在细胞分裂中有其独特的作用，因此对端粒及端粒酶结构和功能研究，有助于阐明细胞衰老和恶变的机制，对抗衰老及肿瘤的诊断、治疗都具有重要的理论和实际价值。关键词：端粒；端粒酶；衰老；预测因子 1 诺贝尔奖获奖成果——端粒和端粒酶是如何保护染色体的 人的生老病死，这或许是生命最为简洁的概括，但其中却蕴藏了无穷无尽的奥秘。2009年10月5日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布将2009年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家伊丽莎白·布莱克本（Elizabeth H. Blackburn）、卡罗尔·格雷德（Carol W. Greider）和杰克·绍斯塔克（Jack W. Szostak），以表彰他们发现“染色体是如何被端粒和端粒酶保护的”。这3位科学家的发现“解决了一个生物学重要课题, 即染色体在细胞分裂过程中是怎样实现完全复制, 同时还能受到保护且不发生降解”，由此可能揭开了人类衰老和罹患肿瘤等严重疾病的奥秘。 2 端粒、端粒酶的结构与功能 70年代末，Blackburn和Gall首次阐明四膜虫rDNA分子的末端结构，现在人们已经明确端粒是真核细胞线形染色体末端的具有高度保守的重复核苷酸序列和蛋白质的复合体[1]。人类端粒DNA 由基本序列单元TTAGGG反复串联而成，不具有编码任何蛋白质功能，进化上高度保守[2]。端粒像帽子一样扣在染色体的两端，维护着染色体的完整性和稳定性，作用是防止染色体被降解、融合和重组，从而保证了遗传信息的完整性，使遗传信息在细胞分裂时能够完全复制，使后代细胞准确获得完整的遗传信息。 端粒酶是目前发现的唯一由RNA和蛋白质构成的核糖核蛋白酶，能够以自

端粒和端粒酶与衰老_癌症的潜在关系_2009年诺贝尔生理学或医学奖简介

端粒和端粒酶与衰老、癌症的潜在关系 ———2009年诺贝尔生理学或医学奖简介 孔令平①　汪华侨② ①副教授,广州医学院从化学院,广州510182;②教授,中山大学中山医学院人体解剖学与脑研究室,广州510080 关键词　端粒　端粒酶　细胞　衰老　癌症 美国科学家伊丽莎白?布莱克本、卡萝尔?格雷德和杰克?绍斯塔克三人同时获得2009年诺贝尔生理学或医学奖,这是由于他们发现“染色体是如何被端粒和端粒酶保护的”,这一研究成果揭开了人类衰老和肿瘤发生等生理病理现象的奥秘。本文将就端粒和端粒酶的发现、结构和功能及其与人类衰老、癌症的潜在关系等方面做一简要介绍。 人的生老病死,这或许是生命最为简洁的概括,但其中却蕴藏了无穷无尽的奥秘。2009年10月5日,瑞典卡罗林斯卡医学院宣布将2009年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家伊丽莎白?布莱克本(Elizabet h H.Blackburn)、卡萝尔?格雷德(Carol W.Greider)和杰克?绍斯塔克(J ack W.Szostak),以表彰他们发现“染色体是如何被端粒和端粒酶保护的”。这3位科学家的发现“解决了一个生物学重要课题,即染色体在细胞分裂过程中是怎样实现完全复制,同时还能受到保护且不发生降解”。由此可能揭开了人类衰老和罹患肿瘤等严重疾病的奥秘。 染色体是生物细胞核中的一种易被碱性染料染色的线状物质。大家都知道,正常人的体细胞有23对染色体,这对人类生命具有重要意义,其中的X和Y染色体是决定男女性别的性染色体。在染色体的末端,有一个像帽子一样的特殊结构,这就是端粒。作为染色体末端的“保护帽”,端粒具有维持染色体的相对稳固、防止DNA互相融合及重组的功能,犹如卫兵那样守护染色体不受损害。而端粒酶的作用则是帮助合成端粒,使得端粒的长度等结构得以稳定。 “染色体携有遗传信息。端粒是细胞内染色体末端的‘保护帽’,它能够保护染色体,而端粒酶在端粒受损时能够恢复其长度。”获奖者之一的伊丽莎白?布莱克本介绍说:“伴随着人的成长,端粒逐渐受到‘磨损’。于是我们会问,这是否很重要?而我们逐渐发现,这对人类而言确实很重要。”借助他们的开创性工作,如今人们知道,端粒不仅与染色体的个性特质和稳定性密切相关,而且还涉及细胞的寿命、衰老与死亡。简单讲,端粒变短,细胞就老化。相反,如果端粒酶活性很高,端粒长度就能得到保持,细胞老化就被延缓。 1端粒的发现、结构与功能 20世纪30年代,两位著名的遗传学家McClintock 和Müller等人发现,染色体的末端存在一种能稳定染色体结构和功能的特殊成分。如果缺少了此成分,染色体易降解,相互之间易发生粘连,出现结构的异常,影响染色体的正确复制,甚至引起细胞的死亡。于是Müller从希腊文的“末端”(telos)和“部分”(meros)二词为此特殊成分创造了一个全新的术语“端粒”(telomere)。但端粒的精确组成直到1978年才由美国科学家Blackburn和Gall首次提出,他们发现单细胞生物四膜虫(tetrahy2 mena)的端粒是由一连串简单重复序列T T GGGG形成的[1]。之后包括动物、植物和微生物在内的多种生物的端粒序列被测定出,发现它们与四膜虫的端粒序列极其相似,均由富含G和T的简单重复序列不断重复而成。正是这些连接在染色体末端的DNA重复序列及结合在其上的相关蛋白质共同构成了真核生物染色体的“末端保护帽”———端粒。人类细胞端粒的重复序列为T TA GGG,长度为5～15kb。不同组织细胞其端粒的长度不同,精子和早期胚胎细胞端粒长度较长,可达15～20kb。 端粒的结合或相关蛋白最重要的是人端粒重复序列结合因子(telomeric repeat factor)TRF1和TRF2,此外还包括PO T1,Ku70,Ku80,Tankyrase1,PINX1, TIN2和hRap1等。TRF1和TRF2均专一性地与端粒DNA重复序列结合。TRF1对端粒的长度起负调控作用,可以在一定程度上抑制端粒酶在端粒末端的行为; ? 7 2 3 ?

端粒与端粒酶的研究进展

端粒与端粒酶的研究进展 【摘要】研究显示，端粒酶活性被激活，可维护端粒的长度，细胞将会延缓衰老，避免癌变。此外，端粒酶的发现还在理论上丰富和发展了分子肿瘤学，据研究显示90％的人体肿瘤与端粒酶相关，若我们通过端粒酶活性的检测，提前预知肿瘤的发生，从而提前预防和治疗，或者若我们能使癌细胞中的端粒酶再度“休眠”，恶性肿瘤就会停止生长，以此来治疗癌症。 【关键字】端粒端粒酶肿瘤癌症衰老染色体 1.端粒和端粒酶的概述 2009年，美国的三位科学家Elizabeth H·Blackburn、Carol W·Greider和Jack W·Szostak发表了题为“端粒和端粒酶是如何保护染色体的”而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。也是从这一重大研究成果开始，端粒和端粒酶的研究为人类衰老和肿瘤带来了福音。 端粒是真核细胞染色体末端的帽子样的结构，它具有稳定染色体末端结构，防止染色体DNA降解和末端融合，保护染色体结构基因，调节正常细胞生长等作用。同种生物不同组织的细胞，甚至相同组织的不同细胞由于处于不同的生命时相，端粒的长度也不一样。由此可发现端粒的长度跟细胞的寿命、衰老与死亡有密切关系，所以端粒的长度被称为“生命时钟”【1】。 端粒酶(telomerase)是一种以自身RNA为模板，将端粒DNA合成至染色体的核糖核蛋白复合物(ribonucleoprotein，RNP)。端粒长度的维持需要端粒酶的激活。所以端粒酶在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。端粒酶的活性存在于人的生殖细胞、肿瘤细胞、永生化细胞系和再生性组织中，一般情况下酶的活性处于抑制状态，只有当端粒体受到损伤的时候，端粒酶才被激活。 由于端粒和端粒酶对肿瘤和癌症的发生有很大关系，所以近年来，端粒和端粒酶的研究也比较多，且主要是在妇产科学、基础医学、心血管疾病、泌尿科学、外科学等方面，其中端粒酶与肿瘤形成关系的研究占总文献比例最大【2】。 2.端粒和端粒酶的结构 端粒是存在于染色体3＇末端的特殊部位，通常由一些简单重复的序列组成。不同种类的细胞端粒重复序列不同，大多长约5-8bp。人类的端粒序列由5 ＇

端粒和端粒酶的结构与功能及其应用

第31卷第1期湖南农业大学学报(自然科学版) V ol．31 No．1 2005年2月Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences) Feb．2005 文章编号：1007-1032(2005)01-0098-08 端粒和端粒酶的结构与功能及其应用 朱雅新1，2，麻 浩1＊ (1.南京农业大学大豆研究所，江苏南京 210095；2.新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830052) 摘要：端粒是构成真核生物线状染色体末端重要的DNA—蛋白质复合结构，DNA由简单的串联重复序列组成．它的合成由一个特殊的具有反转录活性的核糖核蛋白端粒酶完成．端粒对染色体、整个生物基因组，甚至对细胞的稳定都具有重要意义．端粒酶是由RNA模板和蛋白亚基组成的核蛋白颗粒．它解决染色体的末端问题，归属于逆转录酶家族又和逆转录酶有一定的差别．端粒酶的过度表达和细胞的永生化和癌变直接相关．端粒酶的结构和功能决定了它在肿瘤与癌症治疗等方面具有广泛的应用前景． 关键词：端粒；端粒酶；结构与功能；细胞永生化；癌症治疗 中图分类号：Q52 文献标识码：A Structure，Function and Application of Telomere and Telomerase ZHU Ya-xin1，2，MA Hao1* (1.Soybean Research Institute，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China；2.Agricultural College， Xinjiang Agricultural University，Wulumuqi，830052，China) Abstract: Telomere is an important DNA-protein structure．It caps the ends of linear eukaryotic chromosomes．Telomeric DNA consists of tandemly repeated simple sequences．Telomere is synthesized with the action of telomerase，a ribonucleoprotein with reverse transcriptase activity．Telomere plays an important role in maintaining the stability of intact chromosome，genome and cell．Telomerase is a ribonucleoprotein responsible in most eukaryotes for replication of the end of chromosomes．Its RNA subunit acts as a template for the systhesis of telomeric DNA，while a protein component catalyzes this process to make up for convertional DNA polymerases’ inability to replicate completely the end linear DNA．It belongs to the reverase transcriptase family but differs from reverse transcriptase．The overexprossion of telomerase has close relationship with cell’s immortalization and tumorigenesis．The structure and function of telomerase suggest its extensive application in the near future． Key words: telomere；telomerase；structure and function；cell immortalization；tumor treatment 20世纪30年代，遗传学家Mc Clintock和Muller分别在玉米和果蝇中发现损伤断裂后的染色体末端之间极易发生连接，从而形成各种类型的染色体畸变，如末端融合形成环状体或形成双着丝点染色体．但染色体的天然末端似乎从来不与染色体断裂产生的那种末端连接，天然末端之间也不结合，就像有一顶“帽子”那样维持着染色体末端的稳定．于是Muller提出位于染色体两端的片段在细胞里具有重要的作用，并命名它为端粒(Telomere)[1]，这是由希腊语“末端”(Telos)及“部分”(Meros)组成的． 20世纪70年代，Blackburn利用四膜虫(Tetrah- ymena)进一步揭示了端粒的初步结构，发现它是由几个核苷酸(富含G)组成的DNA重复片断，重复的次数由几十到数千不等．1972年，Watson发现了这样一个问题，即DNA多聚酶是不能够复制线性染色质的全部的，由于在末端缺少5′端的引物，DNA 多聚酶将不能完成最后的复制工作，而留下一个单链的间隙．如果这一间隙不能被填充的话，染色体 收稿日期：2004-05-27 基金项目：农业部“948”项目(2001-207)；江苏省“十五”攻关项目(Q200126) 作者简介：朱雅新(1968-)，女，汉族，山东潍坊人，硕士研究生．*通讯作者：E-mail：lq-ncsi@https://www.sodocs.net/doc/f83693529.html,

端粒和端粒酶的发现历程——记诺贝尔生理学或医学奖

端粒和端粒酶的发现历程——记诺贝尔生理学或医学奖 引言－到底是"谁"得诺奖了？ 2009年诺贝尔生理学或医学奖授予了UCSF（加州大学旧金山分校）的Elizabeth Blackburn（简称Liz），Johns Hopkins University（约翰霍普金斯大学）的Carol Greider（简称Carol），以及Howard Medical School（哈佛医学院）的Jack Szostak。诺贝尔奖主页上介绍她/他们获奖的原因是揭示了"how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase"（染色体是如何被端粒和端粒酶保护的），这样描 述是非常专业的。当然更多的公众媒体为了吸引眼球，会用"Aging Research Wins Nobel Prize"（衰老研究摘 取诺贝尔奖）的标题，这颇有误导之嫌。"揭开衰老与癌症的奥秘"，这样的标题更是耸人听闻，偏离这个诺贝 尔奖的用意了。 不可否认端粒和端粒酶的发现能获得诺贝尔奖，是因为它跟衰老和癌症的潜在关系获得了更多公众的关注。但 是迄今为止它只是衰老和癌症的correlator（相关者），勉强算得上indicator（指示者），还远不是causer （引起者）。当年发现衰老的细胞端粒变短之后，人们兴奋地以为找到了衰老的"时钟"，揭开了衰老的奥秘。 但是事实上端粒在生理条件下并不是细胞衰老的"瓶颈"，细胞或机体的衰老是其它原因导致的老化。小鼠的端 粒是比较长的，如果把小鼠的端粒酶RNA亚基敲除，它能活得很自在，并不会早衰，生殖力也正常。那也就是 说在当代的小鼠中，端粒缩短并不是小鼠衰老的原因。这样的小鼠可以一直传6代。当然越到后来，端粒越短，染色体也开始融合[1]。癌细胞的增殖需要端粒的不断复制，但是我们知道端粒酶激活只是癌细胞发生中比较重 要的一环，但远不是唯一的一环。端粒酶固然是治疗癌症的一个潜在靶标，但是癌细胞也能通过recombination （遗传重组）延长端粒，逃脱对端粒酶的依赖[2]。 所以，不能说是"衰老或癌症"的研究得诺奖了，它跟cell cycle（细胞周期）的研究得诺奖一样，更多的是对 细胞基本功能的重要研究的肯定。而这个研究的进程中贯穿着"发现现象/问题"-"提出概念/模型"-"实验验证" 的思路，整个过程就像相继解开一个个puzzle（智力谜团）一样有趣，充满了思想的光辉。"Nobel Prize in Medicine Awarded for Cracking DNA Puzzle"（诺贝尔医学奖授予解开DNA谜团"的研究"），这样的标题最为 精准。换个角度，我们不妨说是解"puzzle"得了诺奖。 相关链接：2009年诺贝尔生理学或医学奖揭晓 染色体DNA的两个难题以及端粒概念的提出 20世纪70年代初，对DNA聚合酶特性的深入了解引申出了一个染色体的复制问题。DNA聚合酶在复制DNA的时 候必须要有引物来起始，而且它的酶活性具有方向性，只能沿着DNA5'到3'的方向合成。染色体复制之初可以 由小RNA作为引物起始合成，之后细胞的修复机器启动，DNA聚合酶能够以反链DNA为模板，以之前合成的DNA 为引物，合成新的DNA取代染色体中间的RNA引物。但是线性染色体最末端的RNA引物因为没有另外的引物起始，没有办法被DNA取代。所以线性染色体DNA每复制一轮，RNA引物降解后末端都将缩短一个RNA引物的长度

端粒与端粒酶研究于抗衰老的应用

端粒与端粒酶研究于抗衰老的应用 陈元懿 技术原理 端粒:端粒是存在于真核细胞线状染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体，它与端粒结合蛋白一起构成了特殊的结构，能够维持染色体的完整和控制细胞分裂周期。端粒DNA是由简单的DNA高度重复序列组成的，染色体末端沿着5'到3' 方向的链富含 GT。在人中，端粒序列为TTAGGG/CCCTAA，并有许多蛋白与端粒DNA 结合。 端粒酶：端粒酶以自身的RNA作为端粒DNA复制的模板，合成出富含脱氧单磷酸鸟苷的DNA序列后添加到染色体的末端并与端粒蛋白质结合，从而稳定了染色体的结构。但是，在正常人体细胞中，端粒酶的活性受到相当严密的调控，只有在造血细胞、干细胞和生殖细胞，这些必须不断分裂复制的细胞之中，才可以侦测到具有活性的端粒酶。在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。 由于核DNA是线形DNA，复制时由于模板DNA 起始端被RNA引物先占据，新生链随之延伸；引物 RNA脱落后，其空缺处的模板DNA无法再度复制成 双链。因此，每复制一次，末端DNA就缩短若干个 端粒重复序列。当端粒不能再缩短时，细胞就无法 继续分裂了。越是年轻的细胞，端粒长度越长；越 是年老的细胞，端粒长度越短。一旦端粒消耗殆尽， 细胞将会立即启动凋亡机制。端粒与细胞老化的关 系，阐述了一种新的人体衰老机制。 端粒酶以自身的RNA作为端粒DNA复制的模板，合成出富含脱氧单磷酸鸟苷的DNA序列后添加到染色体的末端并与端粒蛋白质结合，从而稳定了染色体的结构。 DNA复制期间的滞留链

尽管如此，正常人体细胞几乎不表达端粒酶，而在干细胞及肿瘤细胞中该酶的表达量较大。通过对细胞进行基因工程改造，改变细胞中端粒酶的活性，可以影响细胞衰老的进程。 技术应用（实验阶段） 1）美国德克萨斯大学西南医学中心的细胞生物学及神经系统科学教授杰里·谢伊和伍德林·赖特做了这样一项试验：在采集的包皮细胞（包皮环切术的附带产物）中导入某种基因，使细胞中产生端粒酶。一般来说，包皮细胞在变老之前可分裂60次左右。但在上述试验中，细胞已分裂了300多次却毫无终止的征兆，也没有显示任何异常的迹象。 2）哈佛Dana-Farber癌症研究所的科学家们通过控制端粒酶基因，第一次在老鼠身上局部逆转了年龄增长所带来的老化问题，其中包括：大脑和睾丸的新生长发育，繁殖能力的增强，以及恢复了部分已丧失的认知功能。 技术优点 1）此种技术在DNA层面上对细胞衰老进行干预，为人类从衰老的根本上进行打开一条的新的道路。 技术缺点 1）尽管端粒酶似乎能有效地延缓细胞凋亡机制的启动，但也发现它在多种癌细胞中都有大量表达，与癌细胞的无限增生密切相关。由于对细胞衰老机制探究的不完全，虽然在细胞方面的已有可参考的实验，但于生物体的改造仍有很多风险及不确定因素。 2）端粒酶技术仅仅从单个细胞的角度延缓衰老，但生物个体中的新陈代谢是一套更复杂的系统。关于如何在延长细胞寿命的基础上协调个体的细胞代谢机制仍需更进一步的研究。

端粒及端粒酶的主要结构特点及作用

端粒及端粒酶的主要结构特点及作用 端粒是真核生物线性染色体末端重要的DNA-蛋白质复合结构，由TTAGG重复序列和大量的端粒结合蛋白组成。主要是由六个端粒结合蛋白TRF1、TRF2、POT1TIN2、TPP1和Rap1组成的复合体起着保护端粒的作用，被称为是遮蔽蛋白。其中端粒重复序列结合因子TRF1和TRF2是两个主要的端粒结合蛋白，它们通过相互作用来维持端粒的正常结构和功能。 端粒的功能：1、保护染色体末端：真核生物的端粒DNA-蛋白复合物，如帽子一般，保护染色体末端免于被化学修饰或被核酶降解，同时可能还有防止端粒酶对端粒进行进一步延伸的作用。改变端粒酶的模板序列将导致端粒的改变，从而诱导细胞衰老和死亡。 2、防止染色体复制时末端丢失：细胞分裂、染色体进行半保留复制时，存在染色体末端丢失的问题。随着细胞的不断分裂，DNA丢失过多，将导致染色体断端彼此发生融合，形成双中心染色体、环状染色体或其他不稳定形式。端粒的存在可以起到缓冲保护的作用，从而防止染色体在复制过程中发生丢失或形成不稳定结构。 3、决定细胞的寿命：染色体复制的上述特点决定了细胞分裂的次数是有限的，端粒的长度决定了细胞的寿命，故而被称为“生命的时钟”。 4、固定染色体位置：染色体的末端位于细胞核边缘，人类端粒DNA和核基质中的蛋白相互作用，以′TTAGGG′结构附着于细胞核基质。 端粒酶的结构及功能：端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，由端粒逆转录酶(hTERT)、端粒酶RNA组分(hTR)以及端粒酶相关蛋白组成。端粒酶利用其自身hTR所携带的RNA为模板，在hTERT的逆转录催化下，将端粒重复序列合成到染色体末端，延长或稳定了随着细胞分裂而进行性缩短的端粒，在细胞永生化及恶性肿瘤的发生和发展中起到了重要的作用。 总之，端粒酶是一种特殊的反转录酶，是一种能延长端粒末端并保持端粒长度的核糖蛋白酶，由RNA和蛋白质亚单位组成，每个RNA均含有一段短的与端粒互补的序列，能以自身RNA模板合成端粒DNA添加到染色体末端，避免染色体复制丢失端粒DNA以使端粒延长从而延长细胞寿命。 蛋白质的一二三四级结构 一级结构：指多肽中从N-端到C-端的氨基酸序列,包括二硫键的位置。二级结构：多肽链借助氢键排列自己特有的a螺旋和b折叠片断。三级结构：指一条多肽链在二级结构或者超二级结构甚至结构域的基础上，进一步盘绕，折叠，依靠共价键的维系固定所形成的特定空间结构成为蛋白质的三级结构。 四级结构：指蛋白质的多条多肽链之间相互作用所形成的更为复杂聚合物的一种结构形式，主要描述蛋白质亚基空间排列以及亚基之间的连接和相互作用，不涉

端粒和端粒酶的发现历程资料

资料1 解读诺贝尔医学奖：什么是端粒和端粒酶 近日，诺贝尔基金会宣布，将2009年诺贝尔生理学或医学奖授予因发现端粒和端粒酶如何保护染色体的三位学者。 什么是端粒和端粒酶呢？ 端粒是真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。形态学上，染色体DNA末端膨大成粒状，像两顶帽子那样盖在染色体两端，因而得名。在某些情况下，染色体可以断裂，这时，染色体断端之间会发生融合，或者断端被酶降解。但正常染色体不会整体地互相融合，也不会在末端出现遗传信息的丢失(被降解之类)。可见端粒在维持染色体和DNA复制的完整性有重要作用。 真核生物双螺旋DNA双链复制时，会有一小段DNA引物连接在复制的起始部位，在合成酶的作用下，在引物后依次连接上A、T、C、G(脱氧核苷)，形成新的DNA链。复制完成后，最早出现的起始端引物会被降解，留下的空隙没法填补，这样细胞染色体DNA将面临复制一次就缩短一些的问题。这种缩短的情况在某些低等生物的特殊生活条件下可以观察到，但却是特例。事实上，染色体虽经多次复制，却不会越来越短。早期的研究者们曾假定有一种过渡性的环状结构来帮助染色体末端复制的完成，但后来却一直未能证实这种环状结构的存在。 20世纪80年代中期，科学家们发现了端粒酶。当DNA复制终止时，端粒酶的作用下，通过端粒的依赖模版的复制，可以补偿由去除引物引起的末端缩短，因此在端粒的保持过程中，端粒酶至关重要。 随着细胞分裂次数的增加，端粒的长度是在逐渐缩短的，当端粒变得不能再短时，细胞不再分裂，而会死亡。并且发现，体细胞端粒长度大大短于生殖细胞，胚胎细胞的端粒也长于成年细胞。科学家发现，至少可以认为在细胞水平的老化，和端粒酶的活性下降有关。 因此，有人希望能把端粒酶注入衰老细胞中，延长端粒长度，使细胞年轻化，或者是给老人注射类似端粒酶的制剂，延长老者的端粒长度，达到返老还童的目的。但生物整体的老化，是一个非常复杂的问题，端粒的长度只是决定衰老的一个因素，因此端粒酶抗衰老，目前只具理论价值，连动物实验都很少，更别说应用于人了。 不过，端粒的缩短，的确和很多疾病有关。许多研究发现，基因突变、肿瘤形成时，人体的端粒可表现出缺失、融合或序列缩短等现象。而且，在一些癌症细胞中，端粒酶活性增高，它与端粒之间有某种联系，所以这些癌细胞可以分裂很多次。某些特定的癌细胞，如果可以阻止端粒酶，端粒就会变短，癌细胞就会死亡。所以深入研究端粒和端粒酶的变化，是目前肿瘤研究中的一个新领域。 资料2 端粒和端粒酶的研究 摘要：自端粒和端粒酶发现以来，就一直成为科技工作者的研究热点。端粒具有保护染色体的功能，同时也是端粒酶的底物，解决DNA复制的末端隐缩，保证染色体的完全复制。而端粒酶具有对端粒的延伸作用，使之处于一种不断伸缩的动态平衡中，端粒酶也可以修复断裂的染色体末端。端粒和端粒酶的存在保证了染色体或基因组的稳定性，与细胞的正常分裂有关。最近的研究表明端粒和端粒酶与人的衰老、癌症有重

端粒与端粒酶的发现历程——记诺贝尔生理学或医学奖

端粒与端粒酶的发现历程——记诺贝尔生理学或医学奖 本文是基于个人理解来整理的端粒和端粒酶的发现历史，因为知识时间有限，其中必有偏差和谬误的地方，关键之处还是以 原始文献为主。本人之所以赶这趟诺贝尔奖热，花大量的时间进行文献阅读和整理，是因为它提供了一次极好的向公众传播 科学思想的机会。由于端粒和端粒酶领域的一系列发现贯穿着"发现现象/问题"-"提出概念/模型"-"实验验证"的思路，重现这个思路对科学工作者是有启发意义的。本文也提供了一个很好的教学案例。 引言－到底是"谁"得诺奖了？ 2009年诺贝尔生理学或医学奖授予了UCSF（加州大学旧金山分校）的Elizabeth Blackburn（简称Liz），Johns Hopkins University（约翰霍普金斯大学）的Carol Greider（简称Carol），以及Howard Medical School （哈佛医学院）的Jack Szostak。诺贝尔奖主页上介绍她/他们获奖的原因是揭示了"how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase"（染色体是如何被端粒和端粒酶保护的），这样描述是非常专业的。当然更多的公众媒体为了吸引眼球，会用"Aging Research Wins Nobel Prize"（衰老研究 摘取诺贝尔奖）的标题，这颇有误导之嫌。"揭开衰老与癌症的奥秘"，这样的标题更是耸人听闻，偏离这 个诺贝尔奖的用意了。 不可否认端粒和端粒酶的发现能获得诺贝尔奖，是因为它跟衰老和癌症的潜在关系获得了更多公众的关注。但是迄今为止它只是衰老和癌症的correlator（相关者），勉强算得上indicator（指示者），还远不是causer （引起者）。当年发现衰老的细胞端粒变短之后，人们兴奋地以为找到了衰老的"时钟"，揭开了衰老的奥秘。但是事实上端粒在生理条件下并不是细胞衰老的" 瓶颈"，细胞或机体的衰老是其它原因导致的老化。小鼠的端粒是比较长的，如果把小鼠的端粒酶RNA亚基敲除，它能活得很自在，并不会早衰，生殖力也 正常。那也就是说在当代的小鼠中，端粒缩短并不是小鼠衰老的原因。这样的小鼠可以一直传6代。当然越到后来，端粒越短，染色体也开始融合[1]。癌细胞的增殖需要端粒的不断复制，但是我们知道端粒酶激活只是癌细胞发生中比较重要的一环，但远不是唯一的一环。端粒酶固然是治疗癌症的一个潜在靶标，但是癌细胞也能通过recombination（遗传重组）延长端粒，逃脱对端粒酶的依赖[2]。 所以，不能说是"衰老或癌症"的研究得诺奖了，它跟cell cycle（细胞周期）的研究得诺奖一样，更多的是对细胞基本功能的重要研究的肯定。而这个研究的进程中贯穿着"发现现象/问题"-"提出概念/模型"-"实验验证"的思路，整个过程就像相继解开一个个puzzle（智力谜团）一样有趣，充满了思想的光辉。"Nobel Prize in Medicine Awarded for Cracking DNA Puzzle"（诺贝尔医学奖授予解开DNA谜团"的研究"），这样的标题最为精准。换个角度，我们不妨说是解"puzzle"得了诺奖。 染色体DNA的两个难题以及端粒概念的提出 20世纪70年代初，对DNA聚合酶特性的深入了解引申出了一个染色体的复制问题。DNA聚合酶在复制DNA的时候必须要有引物来起始，而且它的酶活性具有方向性，只能沿着DNA5'到3'的方向合成。染色 体复制之初可以由小RNA作为引物起始合成，之后细胞的修复机器启动，DNA聚合酶能够以反链DNA 为模板，以之前合成的DNA为引物，合成新的DNA取代染色体中间的RNA引物。但是线性染色体最末 端的RNA引物因为没有另外的引物起始，没有办法被DNA取代。所以线性染色体DNA每复制一轮，RNA 引物降解后末端都将缩短一个RNA引物的长度（图一）。尽管这个引物不长，但是细胞千千万万代地不 断复制，如果不进行补偿，染色体不断缩短，最终就会消失。James Watson（因为发现DNA双螺旋结 构获得诺奖）最早就明确指出了这个"末端隐缩问题"，并猜想染色体也许可以通过在复制前联体（染色体 末端跟末端连起来）的方式来解决末端复制的问题[3]。

端粒和端粒酶的发现历程

端粒和端粒酶的发现历程 廖新化 引言 2009年诺贝尔生理学或医学奖授予了UCSF（加州大学旧金山分校）的Elizabeth Blackburn （简称Liz），Johns Hopkins University（约翰霍普金斯大学）的Carol Greider（简称Carol），以及Howard Medical School（哈佛医学院）的Jack Szostak。诺贝尔奖主页上介绍她/他们获奖的原因是揭示了 “how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase”（染色体是如何被端粒和端粒酶保护的）。端粒和端粒酶的研究进程中贯穿着“发现现象/问题”-“提出概念/模型”-“实验验证”的思路，整个过程就像相继解开一个个puzzle（智力谜团）一样有趣，充满了思想的光辉。重现这个思路对科学工作者是有启发意义的。本文也提供了一个很好的科学问题推演的教学案例。 染色体末端的两个难题以及端粒的概念 20世纪70年代初，对DNA聚合酶特性的深入了解引申出了一个染色体的复制问题。DNA 聚合酶在复制DNA的时候必须要有引物来起始，而且它的酶活性具有方向性，只能沿着DNA5’到3’的方向合成。染色体复制之初可以由小RNA作为引物起始合成，之后细胞的修复机器启动，DNA聚合酶能够以反链DNA为模板，以之前合成的DNA为引物，合成新的DNA取代染色体中间的RNA引物。但是线性染色体最末端的RNA引物因为没有另外的引物起始，没有办法被DNA取代。所以线性染色体DNA每复制一轮，RNA引物降解后末端都将缩短一个RNA引物的长度（图1，简化的示意图，实际上染色体的DNA双链末端不会是平的）。尽管这个引物不长，但是细胞千千万万代地不断复制，如果不进行补偿，染色体不断缩短，最终就会消失。 James Watson（因为发现DNA双螺旋结构获得诺奖）最早就明确指出了这个“末端隐缩问题”，并猜想染色体也许可以通过在复制前联体（染色体末端跟末端连起来）的方式来解决末端复制的问题[1]。

端粒与端粒酶的研究进展综述

端粒与端粒酶的研究进展综述 作者：专业：遗传学学号： 摘要：端粒是稳定线性染色体末端的特殊结构，端粒酶可修复细胞分裂过程中不断丢失的末端端粒序列。端粒与端粒酶的存在在细胞的永生化中扮演着重要的角色，是细胞衰老与癌变的重要决定因素。本文综述了端粒与端粒酶目前的研究进展，及其与细胞衰老和肿瘤的关系。 关键词：端粒；端粒酶；肿瘤；细胞衰老 1.端粒与端粒酶 1.1端粒及其功能 端粒( t e l o m e r e )是真核细胞染色体的生理性末端, 由含G量的高DNA序列和相应的蛋白组成，不同生物的端粒各异。端粒广泛存在于真核生物细胞中, 具有特殊的功能：保护染色体末端；防止染色体复制时末端丢失；决定细胞的寿命；固定染色体位置等[1]。 1.2端粒酶及其功能 端粒酶（Telomerase）是一种核蛋白逆转录酶，由小分子RNA和蛋白质组成，能够合成和延伸端粒的核糖核蛋白。端粒酶以自身RNA 为模版，能够逆转录合成具DNA 重复序列的端粒，从而使得端粒延长，保持染色体结构的相对恒定。 近年来，端粒及端粒酶的研究已成为热点。这不仅因为它们具有维持生物遗传信息稳定、调控细胞生命周期的重要功能，还由于端粒

及粒酶的行为异常与多种人类肿瘤及肿瘤密切相关。 2.端粒、端粒酶与肿瘤 正常培养的人类成纤维细胞在分裂期间端粒是逐渐缩短的，这些缩短的端粒激活了细胞衰老程序，但是有少数细胞则可以细胞衰老调控机制失控的条件下癌变，此时端粒酶被重新激活以维持癌细胞无限增殖的能力。因此端粒酶的活性有无与强弱与癌症的发生和治疗有着密切的关联。 端粒酶的两个基本组分分别是作为端粒DNA模板合成端粒序列的功能性RNA（hTERC），和具有逆转录酶活性的催化蛋白——人端粒酶逆转录酶基因（hTERT），hTERT的表达与端粒酶活性密切相关是端粒酶活性的限速决定因子[2]。 雷红玮等[3]以荧光定量PCR分析hTERT的mRNA变化水平发现端粒酶的活性能够被JAK抑制剂所抑制，提示了端粒酶的活性激活与抑制依赖于JAK通路。通过调控JAK通路可使端粒酶的活性受到抑制，阻碍癌细胞的永生化，为治疗癌症提供了新的思路。 吴成举等[4]对组织标本中的hTERT进行RT-PCR扩增，检测端粒酶活性的表达，得出端粒酶结构中hTERT表达可以作为评价胃癌的重要指标之一。黄东海等[5]对丙氧鸟苷5-氟尿嘧啶对肺癌细胞的杀伤效果进行了分析指出化疗药物的不同使用剂量hTERT水平之间存在的关系。并得出hTERT可以用来评定肿瘤是否易于复发。 端粒、端粒酶与肿瘤的发生于发展有着密切的关系，所以通过端粒与端粒酶的活性控制、含量检测等手段，可以在肿瘤的提前发现，

端粒酶的主要作用是维持端粒的长度

端粒酶的主要作用是维持端粒的长度 端粒酶的主要作用是维持端粒的长度人的生殖细胞、造血干细胞及T、B淋巴细胞中端粒酶有不同程度的表达，而在正常的体细胞中，端粒酶处于失活状态，因此体细胞随细胞分裂次数的增加端粒逐渐缩短。端粒的长度与有丝分裂次数相关，所以端粒又有细胞的“有丝分裂钟”之称. 端粒是染色体末端的一种特殊结构，是DNA与相关蛋白质的复合体。端粒DNA由许多短的富含鸟嘌呤（G）的重复序列串联而成，可长达10kb以上。人的端粒重复序列为TTAGGG，长达15kb。真核细胞染色体端粒DNA富含G链，较富含胞嘧啶（C）链超出12～16个核苷酸，形成3′末端突出单链结构。端粒蛋白质往往与末端单链相结合维持DNA 高级结构，使其末端不能被核酸酶所识别。人类端粒蛋白的主要成分已被克隆，其具体功能尚待进一步研究。端粒主要有两大生理功能：（1）维持染色体结构的完整性，防止染色体被核酸酶降解及染色体间相互融和。（2）防止染色体结构基因在复制时丢失，解决了末端复制的难题。DNA复制时，DNA聚合酶必须在RNA引物基础上从5′向3′方向延伸，而5′端RNA引物去除后因无引物的存在而不能复制，结果每复制一次染色体末端将丢失一段序列。端粒的存在使每次丢失的仅为端粒的一部分，从而保护了染色体内部

的结构基因。另外，有些研究还显示，端粒与核运动有关，可能对同源染色体的配对重组有重要意义。端粒的合成主要依靠端粒酶来催化。端粒酶是RNA与蛋白质组成的核糖核蛋白，是一种RNA依赖性DNA聚合酶。人类端粒酶RNA 成分已被成功克隆，它包括与端粒重复序列互补的11个核苷酸5′-CUAACCCUAAC-3′。四膜虫等几种生物的端粒酶蛋白组分已被克隆，它对维持端粒酶的功能是必须的。端粒酶的主要作用是维持端粒的长度。它能利用端粒3′端单链为引物，自身的RNA为模板合成端粒重复序列添加到染色体末端，从而延长端粒的长度。人的生殖细胞、造血干细胞及T、B淋巴细胞中端粒酶有不同程度的表达，而在正常的体细胞中，端粒酶处于失活状态，因此体细胞随细胞分裂次数的增加端粒逐渐缩短。端粒的长度与有丝分裂次数相关，所以端粒又有细胞的“有丝分裂钟”之称. 天地虚怀来自∶潜能21网- 端粒酶的主要作用是维持端粒的长度潜能开发音乐催眠曲潜意识录音带，mp3下载 https://www.sodocs.net/doc/f83693529.html,/book2/detail_id_225.html?一宀 ? ? ?