端粒酶的主要作用是維持端粒的長度

1、端粒酶的主要作用是維持端粒的長度端粒酶的主要作用是維持端粒的長度人的生殖細胞、造血干細胞及 T、B淋巴細胞中端粒酶有不同程度的表 達，而在正常的體細胞中，端粒酶處于失活狀態(tài)，因此體細 胞隨細胞分裂次數(shù)的增加端粒逐漸縮短。端粒的長度與有絲 分裂次數(shù)相關(guān)，所以端粒又有細胞的“有絲分裂鐘”之稱 . 端粒是染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)，是DNA與相關(guān)蛋白質(zhì)的復(fù)合體。端粒DNA由許多短的富含鳥喋吟 （G）的重復(fù)序 列串聯(lián)而成，可長達10kb以上。人的端粒重復(fù)序列為 TTAGGG ,長達15kb。真核細胞染色體端粒 DNA富含G鏈, 較富含胞喀陡（C）鏈超由1216個核昔酸，形成3'末端 突出單鏈結(jié)構(gòu)

2、。端粒蛋白質(zhì)往往與末端單鏈相結(jié)合維持DNA高級結(jié)構(gòu)，使其末端不能被核酸酶所識別。人類端粒蛋白的 主要成分已被克隆，其具體功能尚待進一步研究。端粒主要有兩大生理功能：（1）維持染色體結(jié)構(gòu)的完整性，防 止染色體被核酸酶降解及染色體間相互融和。（2）防止染色體結(jié)構(gòu)基因在復(fù)制時丟失， 解決了末端復(fù)制的難題。DNA復(fù) 制時，DNA聚合酶必須在 RNA引物基礎(chǔ)上從5'向3'方 向延伸，而5'端RNA引物去除后因無引物的存在而不能復(fù) 制，結(jié)果每復(fù)制一次染色體末端將丟失一段序列。端粒的存 在使每次丟失的僅為端粒的一部分，從而保護了染色體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)基因。另外，有些研究還顯示，端粒與核運動

3、有關(guān),可能對同源染色體的配對重組有重要意義。端粒的合成主要依靠端粒酶來催化。端粒酶是RNA與蛋白質(zhì)組成的核糖核蛋白，是一種RNA依賴性DNA聚合酶。人類端粒酶RNA 成分已被成功克隆，它包括與端粒重復(fù)序列互補的11個核昔酸5' -CUAACCCUAAC-3 '。四膜蟲等幾種生物的端粒 酶蛋白組分已被克隆，它對維持端粒酶的功能是必須的。端粒酶的主要作用是維持端粒的長度。它能利用端粒3'端單鏈為引物，自身的 RNA為模板合成端粒重復(fù)序列添加到 染色體末端，從而延長端粒的長度。人的生殖細胞、造血干 細胞及T、B淋巴細胞中端粒酶有不同程度的表達，而在正 常的體細胞中，端粒酶處于

4、失活狀態(tài)，因此體細胞隨細胞分 裂次數(shù)的增加端粒逐漸縮短。端粒的長度與有絲分裂次數(shù)相 關(guān)，所以端粒又有細胞的“有絲分裂鐘”之稱 .天地虛懷來 自：潛能21網(wǎng)-端粒酶的主要作用是維持端粒的長度潛能開發(fā)音樂 催眠曲 潛意識錄音帶，mp3下載 一工培養(yǎng)條件下，接近這個限度時，哪怕用最好的培養(yǎng)方法都 拯救不了既定的命運。像人體的成纖維細胞，據(jù)試驗，最多 只能繁殖50代，到那時必然趨于死亡。其他像老鼠的成纖維細胞只能分裂18代，龜?shù)某衫w維細胞分裂 110代，如此 等等。那么人為什么會衰老，以至走向死亡呢？有研究者對 導(dǎo)致人體細胞衰老的原因提由了 “程序假說”和“錯誤積累假說”。人類的細胞并不能無限制地重復(fù)

5、分裂，在分裂5060次后便會停止。細胞不再繼續(xù)分裂的機體組織，便呈現(xiàn)由衰老和機能低下的狀態(tài)。隨著細胞重復(fù)分裂使端?？s短到一 定的長度，從而使細胞停止了分裂。這就是“程序假說”。細胞分裂的時候，DNA被復(fù)制，但是由于 X射線、紫外線、 活性氧、有害物質(zhì)的損害，DNA會發(fā)生異常變化，于是DNA 在復(fù)制過程中就會產(chǎn)生錯誤。隨著錯誤的積累，生成了異常 蛋白質(zhì)，細胞機能變得低下，于是細胞便不能繼續(xù)分裂，呈 現(xiàn)由了衰老跡象。這就是所謂“錯誤積累假說”。因此，人不像機器那樣容易磨損和壞掉，而是能自我成長和修復(fù)，但 這只能算是衰老的伴生現(xiàn)象。對衰老機理的研究就是為了有 效地指導(dǎo)抗衰老的研究和實踐工作。但是，人

6、類衰老的原因 是多方面的，衰老的機理也是極為復(fù)雜的。二、端粒和端粒酶 端粒是真核細胞內(nèi)染色體末端的 DNA重復(fù)片斷，經(jīng)常 被比做鞋帶兩端防止磨損的塑料套， 由富含G的核酸重復(fù)序 列和許多蛋白質(zhì)組成， 包括Ku70、Ku80、依賴DNA的蛋白激酶和端粒重復(fù)序列結(jié)合因子 2 (TRF2)等。不同個體的端 粒初始長度差異很大，在人中大約為15 kb,在大鼠中可長達150 kb,在小鼠中一般在 580 kb之間變化，而在尖毛蟲 中卻只有20 bp。在所有的有機體中，端粒 DNA的長度總是 隨著外界環(huán)境而波動變化的。醉母的端粒DNA在200400bp間隨遺傳或營養(yǎng)狀態(tài)的改變而改變，四膜蟲和錐蟲等有機體的

7、端粒長度在對數(shù)期會持續(xù)增加。相反，在人體中，隨著 細胞的持續(xù)分裂，端粒會緩慢縮短。細胞培養(yǎng)研究表明，當(dāng) 端粒再也無法保護染色體免受傷害時，細胞就會停止分裂， 或者變得不穩(wěn)定。其功能是完成染色體末端的復(fù)制，防止染 色體免遭融合、重組和降解。染色體復(fù)制的上述特點決定了 細胞分裂的次數(shù)是有限的，端粒的長度決定了細胞的壽命， 故而被稱為“生命的時鐘”。端粒酶(或端粒體酶)是一種 能延長端粒末端的核糖蛋白酶，主要成分是RNA和蛋白質(zhì)，其含有引物特異識別位點，能以自身 RNA為模板，合成端 粒DNA并加到染色體末端，使端粒延長，從而延長細胞的 壽命甚至使其永生化8。如果細胞被病毒感染，或者莫些抑癌基因如p

8、53、pRB等突變，細胞可越過 M1期而繼續(xù)分裂， 端粒繼續(xù)縮短，最終達到一個關(guān)鍵閾值，細胞進入第二致死期M2,這時染色體可能由現(xiàn)形態(tài)異常，莫些細胞由于端粒 太短而失去功能，從而導(dǎo)致細胞死亡。但極少數(shù)細胞能在此 階段進一步激活端粒酶，使端粒功能得以恢復(fù)，并維持染色體的穩(wěn)定性，從而避免死亡。最近 Shay et al9在Science上 發(fā)表了一幅有趣的模式圖，簡要介紹了端粒、端粒酶介導(dǎo)細 胞凋亡或永生化的過程。大量的證據(jù)表明，端粒酶的激活或 抑制會導(dǎo)致細胞永生化或進入分裂終止期。端粒酶在超過 80%的永生細胞系及大多數(shù)腫瘤組織中呈激活狀態(tài)。端粒酶 的抑制會使胚胎干細胞、骨髓造血細胞的增生受到抑

9、制，并使 腫瘤細胞系增生減弱，以致于凋亡增加。有必要指由的是： 端粒酶對細胞增生、衰老及凋亡的調(diào)節(jié)是通過不同的途徑進 行的。其中端粒延長依賴性機制作用緩慢，需要多代細胞端 粒的進行性縮短積累到一定程度，才會誘發(fā)細胞靜止信號的 激活。最近有一種端粒延長非依賴性機制，其作用較快，可 能涉及到端粒三級結(jié)構(gòu)的改變，蛋白相互作用的改變，轉(zhuǎn)位的改變等10。三、端粒及端粒酶與衰老的關(guān)系關(guān)于端粒丟失 同衰老的關(guān)系理論是由 Olovnikov博士于1973年首次提由的 11。他認(rèn)為，端粒的丟失很可能是因為莫種與端粒相關(guān)的 基因發(fā)生了致死性的缺失。目前認(rèn)為，人類細胞內(nèi)端粒酶活 性的缺失將導(dǎo)致端?？s短，每次丟失50

10、200個堿基，這種縮短使得端粒最終不能被細胞識別。端粒一旦短于“關(guān)鍵長 度”，就很有可能導(dǎo)致染色體雙鏈的斷裂，并激活細胞自身 的檢驗系統(tǒng)，從而使細胞進入 M1期死亡狀態(tài)。隨著端粒的 進一步丟失，將會發(fā)生染色體重排和非整倍體染色體的形成等錯誤，這將導(dǎo)致進一步的危機產(chǎn)生，即M2期死亡狀態(tài)。當(dāng)幾千個堿基的端粒 DNA丟失后，細胞就停止分裂而引起衰老。端粒及端粒酶涉及衰老最有力的證據(jù)是Bodnar12等證實的。如果細胞試圖要維持其正常分裂，那么就必須阻止 端粒的進一步丟失，并且激活端粒酶。Cooke13等認(rèn)為，由于人體細胞中的端粒酶未被活化，從而導(dǎo)致了端粒DNA縮短。因此，只有那些重新獲得端粒酶活性的

11、細胞才能繼續(xù)生 存下去，對于那些無法激活端粒酶的細胞將只能面臨趨向衰 老的結(jié)果。研究人員最近還發(fā)現(xiàn)，患有一種可加速衰老的遺 傳病人具有異常短的端粒，這進一步表明端粒在衰老過程中 所起的重要作用。在人類細胞中，研究者還發(fā)現(xiàn)，端粒縮短 的速率與細胞抗氧化損傷的能力相關(guān)。更容易遭受氧化損害 的細胞，其端粒縮短更快，然而那些更能抵抗這種損傷的細 胞，端?？s短得較慢。如果能減免細胞損傷或激活端粒酶， 即可控制人類的衰老進程。有人曾經(jīng)對人淋巴細胞的衰老性 變化與其端粒長度以及端粒酶活性的關(guān)系在各種體內(nèi)體外 環(huán)境及處理因素下做了觀測，發(fā)現(xiàn)端粒酶活性和端粒長度的 調(diào)節(jié)有可能是淋巴細胞增殖的控制因素，這已在人體

12、淋巴細 胞的發(fā)育、分化、激活和衰老過程中被驗證。曾發(fā)現(xiàn)外周血 CD+4T細胞的端粒長度在體內(nèi)隨著衰老以及從靜思細胞到 記憶細胞的分化過程而縮短，在體外則隨著細胞的分裂而縮 短，這些結(jié)果提示端粒長度與淋巴細胞增殖過程以及記憶性 增殖潛力相關(guān)。端粒酶的表達已知能夠抑制衰老，而Weinberg and colleagues14認(rèn)為端粒酶的作用主要在于延長 了端粒懸垂的長度。細胞的復(fù)制期限被認(rèn)為由最終導(dǎo)致衰老 的兩個機制決定，一個是累積的DNA損傷，另外一個是端粒的進行性縮短。Weinberg and colleagues研究了一個端粒的 特殊懸垂結(jié)構(gòu)在衰老過程中的作用，懸垂結(jié)構(gòu)只在富含C的末端之外還

13、有一個由幾百個核甘酸組成的富含G的結(jié)構(gòu)。據(jù)稱Shay實驗小組15的研究策略是通過抑制端粒酶活性，從而迫使永生化細胞轉(zhuǎn)變?yōu)檎＜毎?，進入正常的衰老和死亡 模式。在衰老異常發(fā)展中有一種早衰人群，即從 20歲開始 皮膚和毛發(fā)等便迅速衰老，其原因仍在于制造端粒酶的遺傳 基因。細胞在分裂的時候，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以其一根長鏈為“模子”進行DNA復(fù)制。在DNA修復(fù)損傷的時候，“拆解” DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是必要的，制造端粒酶的遺傳基因在解開 DNA螺旋結(jié)構(gòu)上起作用。 像制造端粒酶并從事 DNA復(fù)制和 修改錯誤的一類遺傳基因，若與延長細胞壽命的端粒酶良好 結(jié)合，我們也許能期待向“長生不老”的目標(biāo)進一步接近。 四

14、、展望和未來總之，人類體細胞在復(fù)制衰老過程中產(chǎn)生的 端粒丟失現(xiàn)象已在體外得到了證實，而且體內(nèi)的端粒丟失可 作為判斷供體年齡的依據(jù)。我們只要設(shè)法使已衰老的人體內(nèi)各種干細胞的端粒長度恢復(fù)到年輕時的水平，老人就會返 老還童和長生不老。但在人類端粒及端粒酶的基礎(chǔ)研究中， 還存在著許多難點，如：人端粒末端的精細結(jié)構(gòu)，端粒的非端粒酶延伸機制；人端粒酶的具體結(jié)構(gòu)及其基因所在的位 置；端粒酶的激活機制及其活性調(diào)節(jié)等，均有待于回答。盡 管如此，我們似乎仍看到了前景的美好。畢竟人們已找到了 同衰老有著緊密相關(guān)性的因素一一端粒和端粒酶。人們對于 端粒抑制劑的研究已經(jīng)蓬勃的展開了。故進一步研究端粒酶 的活性調(diào)節(jié)機制，

15、對于開發(fā)新型延緩衰老的端粒酶抑制劑無 疑具有重要意義。Colorado大學(xué)的兩位研究人員 Thomas Cech和Robert Weinbrg16博士已獨立地克隆由一種控制人 類細胞端粒酶活性的基因。應(yīng)用這種基因，很有可能得到一 種新的蛋白質(zhì)一一端粒酶的控制劑。關(guān)于衰老機理和抗衰老 的研究領(lǐng)域現(xiàn)在仍然是非?；钴S的，并將受到越來越足夠的 重視，因為它對于延緩衰老，實驗老年醫(yī)學(xué)研究的目的即防 止人類早衰，保持人體健康長壽是極為重要的。但是，就目 前人類在這方面的研究來看還很薄弱。在今后一個時期內(nèi)， 有關(guān)衰老與抗衰老的研究重點還應(yīng)放在以最新生物學(xué)技術(shù) 研究有關(guān)長壽與衰老基因的克隆、結(jié)構(gòu)分析以及對這些

16、基因 的調(diào)控機制；機體衰老過程中自由基、突變以及其它有害刺 激因素啟動細胞衰老凋亡的分子機制和這些過程被調(diào)控的 分子機理；利用衰老基因與長壽基因的研究成果進行的基因 治療方面研究等。參考文獻 1.Rabl.C Uber ZelltheilungMorphologisches Jahrbuch 1885;10;214-330.2.McClintockB.The stability of broken end of chromosome in Zea mays. Genetics 1941;41:234-282.3.Muller HJ. The Remaking of chromosomes. T

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