端粒和端粒酶課件

端粒和端粒酶概述學(xué)號8105064405級生物技術(shù)張婧前言

端粒是染色體末端由重復(fù)DNA序列和相關(guān)蛋白組成的一種特殊結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)及完整性的功能，會(huì)隨染色體復(fù)制與細(xì)胞分裂而縮短。端粒酶是一種核糖核蛋白，能以自身RNA模板合成端粒DNA，為細(xì)胞持續(xù)分裂提供遺傳基礎(chǔ)。由于端粒和端粒酶與細(xì)胞衰老、腫瘤發(fā)生等現(xiàn)象密切相關(guān)，所以它也成為了科學(xué)家們當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。背景知識(shí)一

端粒的發(fā)現(xiàn)

70年前兩位著名的遺傳學(xué)家BarbavaMcClintock和HermannJ.Muller發(fā)現(xiàn)：染色體的末端有一種能穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)和功能的特殊成分。如果缺少了這種成分，染色體之間就會(huì)互相粘連、出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的變化或其它錯(cuò)誤的行為，以致影響到染色體的生存和正確復(fù)制并進(jìn)一步威脅到細(xì)胞的存亡。HermannJ.Muller（1890~1967）1946年獲NobelPrizePhysiologyorMedicine

。主要內(nèi)容端粒及其結(jié)構(gòu)功能端粒酶結(jié)構(gòu)及其作用機(jī)制端粒酶與細(xì)胞衰老和腫瘤發(fā)生機(jī)制初探一、端粒的結(jié)構(gòu)和功能

通過原位雜交技術(shù),清晰可見位于染色體末端的端粒結(jié)構(gòu)1.1端粒的結(jié)構(gòu)

端粒是由簡單重復(fù)序列組成的一段核酸。端粒以GT富集的形式延伸在CA富集鏈上。G尾部由于CA富集鏈的有限降解而產(chǎn)生。

幾乎所有生物的端粒重復(fù)序列可以寫成：Ｃn(Ａ/Ｔ)m的形式。人的端粒重復(fù)序列為TTAGGG

在一種端粒結(jié)合蛋白TRF2蛋白催化下，端粒（人）的3’單鏈末端（G尾）重復(fù)取代了雙鏈體DNA中的同源重復(fù)以形成一個(gè)環(huán)。

TRF2蛋白與其它蛋白一起形成能穩(wěn)定染色體端部的復(fù)合物。1.2端粒的功能

端粒作為染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)具有:穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)、功能完整性的作用。隨染色體復(fù)制與細(xì)胞分裂而縮短的特性。隨復(fù)制逐漸縮短

由于DNA復(fù)制存在5’末端復(fù)制缺陷問題,導(dǎo)致了細(xì)胞的染色體末端的端粒DNA會(huì)伴隨著染色體的復(fù)制與細(xì)胞分裂出現(xiàn)漸進(jìn)性的丟失。

但在有端粒酶活性的細(xì)胞中，端粒酶可以被合成延伸。

90年,Harley等人用人工合成的(TTAGGG)3作探針，對胎兒、新生兒、青年人及老年人的成纖維細(xì)胞進(jìn)行端粒長度測量，發(fā)現(xiàn)其長度隨年齡增長而明顯縮短。二、端粒酶的結(jié)構(gòu)和功能

端粒酶是一種自身攜帶RNA模板的核糖核蛋白。2.1端粒酶的結(jié)構(gòu)

端粒酶至少由三個(gè)組分構(gòu)成端粒酶RNA(TelomeraseRNAComponent,TR)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(TelomeraseReverseTransciptase,TERT)端粒酶相關(guān)蛋白(Telomeraseassociatedprotein,TEP)

三種不同生物的端粒酶TR二級結(jié)構(gòu)綠色的代表結(jié)合TERT的保守區(qū).

紅色的是重復(fù)序列相應(yīng)的模版一般是DNA中重復(fù)序列的一個(gè)半拷貝。TR的結(jié)構(gòu)

具有一個(gè)特殊的T結(jié)構(gòu)域和7個(gè)保守的逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)構(gòu)域。這些保守的結(jié)構(gòu)域在TERT和模板RNA結(jié)合以及發(fā)揮端粒酶活性上起著重要作用。TERT是一個(gè)進(jìn)化上高度保守的蛋白

逆轉(zhuǎn)錄酶的亞基經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在體內(nèi)是以二聚體的形式存在的，根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象結(jié)合對HIV-1的研究成果，可以在理論上構(gòu)建人工的端粒酶活性抑制劑。端粒酶延長端粒的模式端粒酶可結(jié)合到3’末端上，RNA模板5’端識(shí)別DNA的3’端并相互配對，以RNA鏈為模板使DNA鏈延伸合成一個(gè)重復(fù)單位后在跳躍到（也可以連續(xù)移動(dòng)）另一個(gè)單位；3’端單鏈又可回折作為引物合成相應(yīng)的互補(bǔ)鏈。其活性只需dGTP和dTTP，組裝時(shí)需要DNA聚合酶的參與。端粒的長度不取決于端粒酶，而是由其他結(jié)合于端粒酶的蛋白決定。端粒酶的活性在生殖細(xì)胞中，由于存在端粒酶的活性，端粒保持約15kb長度，而在成年人的大部分體細(xì)胞中，由于不存在其活性，端粒要短得多。90年,Harley等人用人工合成的(TTAGGG)3作探針，對胎兒、新生兒、青年人及老年人的成纖維細(xì)胞進(jìn)行端粒長度測量，發(fā)現(xiàn)其長度歲年齡增長而縮短。由此提出了著名的生命鐘理論。細(xì)胞的永生態(tài)

P53基因、Rb基因是廣為人知的介導(dǎo)細(xì)胞衰老進(jìn)入凋亡程序的重要因素。

若這兩個(gè)基因異常，那么細(xì)胞會(huì)繼續(xù)分裂進(jìn)入危險(xiǎn)期，大部分由于端粒過短而死亡，極少數(shù)細(xì)胞由于激活了端粒酶得以永生或維持更長的復(fù)制代數(shù)——。癌細(xì)胞三、端粒、端粒酶與細(xì)胞衰老和腫瘤發(fā)生機(jī)制初探

端粒酶的直接或間接抑制劑不僅可以用于腫瘤的治療,而且端粒酶活性的高低還可以用一些臨床良性表現(xiàn)但具有潛在惡性變的腫瘤的發(fā)展趨勢給予判斷。此外,端粒酶測定在腫瘤的檢測和預(yù)后效果的估價(jià)上也有重要意義！兩種蛋白的發(fā)現(xiàn)到目前端粒酶調(diào)控機(jī)制還沒有完全弄清，但近20年的大量研究發(fā)現(xiàn)人體中的TRF1和TRF2蛋白能夠特異性結(jié)合在端粒上。TRF2的作用主要與催化D環(huán)的形成。TRF1的過度表達(dá)會(huì)導(dǎo)致端粒長度的進(jìn)行性縮短,并證實(shí)TRF1并不是通過控制端粒酶的表達(dá),而是通過阻礙端粒酶與端粒的結(jié)合而發(fā)揮的作用。而一種名為Tankyrase的酶可以將TRF1從端粒上解離下來。影響端粒酶的活性的新發(fā)現(xiàn)

2005年，韓國科學(xué)家通過把MKRN1基因轉(zhuǎn)染進(jìn)癌細(xì)胞并使其表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不斷進(jìn)行細(xì)胞分裂成長的癌細(xì)胞出現(xiàn)老化死亡的現(xiàn)象。這是因?yàn)?，該基因抑制了癌?xì)胞內(nèi)端粒酶的作用,但它的作用僅限于癌細(xì)胞。應(yīng)用端粒知識(shí)治療癌癥通過抑制端粒酶活性（阻抑或關(guān)閉模板、抑制逆轉(zhuǎn)錄酶亞基活性、阻止端粒酶基因轉(zhuǎn)錄、破壞二聚體結(jié)構(gòu)等）通過阻止端粒與端粒酶結(jié)合（過表達(dá)TRF1蛋白基因、降低Tankyrase活性、阻止合成TRF2以阻止D環(huán)形成等）小結(jié)

除端粒的功能外，端粒的發(fā)現(xiàn)過程也帶給我們很多啟示，首先，科學(xué)工作者不能將自己的思路禁錮在自己相對較窄的研究領(lǐng)域，與不同領(lǐng)域的人多加交流，換角度思考問題都會(huì)使人的思想更為開闊。其次，在進(jìn)行高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)研究時(shí)要勇于設(shè)想、敢于實(shí)踐。再則，對新鮮有趣的事物要積極探究真相，即便最初可能看不到它的利用價(jià)值。因?yàn)槿祟惲私馐澜绲倪^程就像盲人摸象，人們最先看到的往往是零散無序的事物，但在這種零散的背后，卻是環(huán)環(huán)相扣、密不可分的真實(shí)世界。

參考資料

圖片資料和相關(guān)科技短文出處略《分子生物學(xué)第二版》影印版《基因八》復(fù)旦大學(xué)譯版《Telomeraseactivity,estrogenreceptors(α,β),Bcl-2expressioninhumanbreastcancerandtreatmentresponse》BlancaMurillo-OrtizCentroMedicoNacional《ImmunohistochemicaldetectionofhTERTinurotheliallesions:apotentialadjuncttourinecytology》WalidKhalbussandSteveGoodisonUniversityofFlorida《ThePleiotropyofTelomeraseagainstCellDeath》YoungHoonSungSeoulNationalUniversity《端粒酶對細(xì)胞周期調(diào)控和腫瘤發(fā)生的影響》顏麗萍中國疾病預(yù)防控制中心《端粒酶的起源、調(diào)控及與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展》潘海樂吉林大學(xué)醫(yī)學(xué)部《端粒和端粒酶與細(xì)胞衰老》廖亞萍中山大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部《端粒、端粒酶和腫瘤治療》方永玲軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院《TNFα對端粒酶活性和hTERT