分子腫瘤學(xué)6端粒、端粒酶與腫瘤課件

分子腫瘤學(xué)

第七節(jié)

端粒、端粒酶與腫瘤

細(xì)胞是有壽命的。細(xì)胞學(xué)家Hayflick發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)人體的成纖維細(xì)胞，在營(yíng)養(yǎng)充分供給的情況下，細(xì)胞分裂到50代左右就停止活動(dòng)了，真正地進(jìn)入衰老期，這一發(fā)現(xiàn)似乎告訴人們?cè)诩?xì)胞內(nèi)有一口衰老鐘或細(xì)胞分裂鐘（mitoticclock)，這限定了細(xì)胞分裂的次數(shù)，也就限定了生物的壽命。腫瘤細(xì)胞為什么具有永生的特性，它為什么可以不受限制的增殖？

研究顯示染色體端粒（telomere）、端粒酶（telomerase）與動(dòng)物及人類的衰老、惡性腫瘤發(fā)生有高度相關(guān)性，成為發(fā)育生物學(xué)、分子腫瘤學(xué)等眾多學(xué)科關(guān)注的焦點(diǎn)。人們期望能從中尋找出抗細(xì)胞衰老和治療腫瘤的新途徑。

在復(fù)制過(guò)程中，染色體末端的堿基對(duì)會(huì)緩慢地丟失，隨著每一次的細(xì)胞分裂，染色體末端將丟失50~200個(gè)端粒核苷酸，所以在連續(xù)分裂中，染色體產(chǎn)生進(jìn)行性縮短，致使末端功能喪失和染色體不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致細(xì)胞衰老和死亡。Watton在1972年提出了染色體末端復(fù)制問(wèn)題。自然界中不同的生物有著各自巧妙的“策略”來(lái)解決DNA末端復(fù)制的難題。原核生物有的將自已的DNA環(huán)化，新鏈的3’-OH端繼續(xù)向前延伸，這樣一來(lái)便可補(bǔ)上RNA引物被消除后所留下的空缺。有的通過(guò)形成多連體來(lái)達(dá)到完全復(fù)制。一些具線性DNA的病毒，在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，也恰當(dāng)?shù)剡x擇了自已的末端復(fù)制策略。如細(xì)小病毒（pariovirns）在單股DNA末端有一個(gè)正向的反向的重復(fù)序列，這一回文片段能在末端形成發(fā)卡形結(jié)構(gòu)，使得合成新鏈折回補(bǔ)齊5’端缺失。腺病毒則有一種特殊的蛋白質(zhì)與5’端共價(jià)連接，并可作為腺病毒DNA復(fù)制的起始引物。

二.端粒的結(jié)構(gòu)、功能與

長(zhǎng)度調(diào)節(jié)機(jī)制1、端粒的結(jié)構(gòu)

端粒由規(guī)則或不規(guī)則的雙鏈重復(fù)序列和最末端的一條富含G的單鏈重復(fù)序列及端粒結(jié)合蛋白組成。端粒結(jié)合蛋白分為兩類：端粒單鏈結(jié)合蛋白和端粒雙鏈結(jié)合蛋白。前者在端粒末端提供帽狀結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定端粒；后者可能直接參與端粒長(zhǎng)度平衡的維持，是端粒延伸的負(fù)調(diào)節(jié)因子。

對(duì)于一個(gè)特定的真核生物物種，它一定具有其特征性的端粒DNA序列和平均長(zhǎng)度。研究結(jié)果表明，人類的端粒序列為[TTAGGG]n，約5~20kb。2、端粒的功能端粒的功能主要在于維持染色體的穩(wěn)定性，此外，還參與核中的一系列活動(dòng)。如：染色體定位，轉(zhuǎn)錄抑制，異染色質(zhì)形成，起細(xì)胞有絲分裂鐘的作用，介導(dǎo)染色體復(fù)制、引導(dǎo)減數(shù)分裂時(shí)的同源染色體配對(duì)等。

3、端粒長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)機(jī)制改變端粒結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致端粒酶活性失常，從而控制端粒的長(zhǎng)度而DNA的不完全復(fù)制、端粒的加工和端粒的重組，則會(huì)引起端粒的縮短

三.端粒酶的結(jié)構(gòu)、功能及

活性調(diào)控與檢測(cè)1、端粒酶的結(jié)構(gòu)與功能端粒酶是一種自身攜帶模板的反轉(zhuǎn)錄酶，在結(jié)構(gòu)上是一種核糖核蛋白（nuclearribonuclearprotein,RNP)復(fù)合物，由RNA和蛋白質(zhì)亞基組成。端粒酶的RNA是合成端粒DNA的模板，人端粒酶RNA組分基因于1995年克隆，命名為hTR基因定位于三號(hào)染色體，約含450個(gè)堿基，包含5(CUAACCCUAAC)3具11個(gè)堿基的模板序列，每次與1.5個(gè)TTAGGG互補(bǔ)而特異地合成人染色體端粒的DNA。hTR基因在所有體細(xì)胞中都有表達(dá)，因而hTR的表達(dá)不能說(shuō)明端粒酶活性。其主要功能在于合成染色體端粒的重復(fù)序列，以維持端粒長(zhǎng)度的穩(wěn)定性，端粒酶也能使斷裂染色體在原位形成端粒。

2、端粒酶的活性、檢測(cè)與調(diào)控端粒酶的活性：不同的細(xì)胞，同一細(xì)胞的不同狀態(tài)及某些物質(zhì)的協(xié)同作用都可影響到端粒酶的活性。對(duì)人體正常組織、多種良性病變及惡性腫瘤組織端粒酶活性進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分裂能力較強(qiáng)，分裂較快的組織端粒酶活性較高。胎兒時(shí)期的端粒酶有較高的活性，但在出生后不久，除生殖細(xì)胞和干細(xì)胞等少數(shù)細(xì)胞顯弱端粒酶活性外，端粒酶多處于失活狀態(tài)。絕大多數(shù)惡性腫瘤組織均顯示明顯的端粒酶活性。端粒酶活性的調(diào)控：端粒酶活性的內(nèi)在調(diào)節(jié)端粒酶在正常人體細(xì)胞的失活與在惡性腫瘤細(xì)胞中的高表達(dá)，說(shuō)明體內(nèi)端粒酶調(diào)控機(jī)制的存在端粒重復(fù)結(jié)合因子（telomericrepeatbindingfactor,TRF)1和2是與端粒特異結(jié)合的蛋白質(zhì)，其中TRF1是端粒長(zhǎng)度的負(fù)向調(diào)控因子，其通過(guò)阻礙端粒酶與端粒的結(jié)合而發(fā)揮作用，而TRF2是端粒的保護(hù)因子。端錨酶（tankyrase,TRF1-interactin)是一種DNA核糖聚合酶，可與TRF1結(jié)合，把與端粒結(jié)合的TRF1從端粒上移開(kāi)，從而使端粒酶發(fā)揮作用端粒酶的活性調(diào)控還與細(xì)胞周期、細(xì)胞分化進(jìn)程，細(xì)胞中蛋白磷酸化反應(yīng)、凋亡調(diào)控基因如bcl-2、c-myc等的調(diào)控有關(guān)。雌、孕激素的水平的變化也參與了調(diào)節(jié)。人3號(hào)染色體上可能存在端粒酶的抑制基因，當(dāng)將人3號(hào)染色體導(dǎo)入腎癌細(xì)胞株，則出現(xiàn)細(xì)胞端粒酶活性喪失，細(xì)胞失去無(wú)限制生長(zhǎng)能力。端粒酶活性的外在調(diào)節(jié)細(xì)胞中加入端粒酶RNA組份的反義寡核苷酸，使端粒酶的活性受到抑制；改變DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)或在細(xì)胞中加入陽(yáng)離子卟啉，妨礙端粒酶與端粒結(jié)合，從而間接抑制端粒酶活性；使用蛋白激酶(PKC)抑制劑抑制端粒酶的活性；通過(guò)破壞端粒酶的DNA錨著區(qū)，抑制端粒酶活性。四.端粒、端粒酶與衰老的關(guān)系

人類細(xì)胞內(nèi)端粒酶活性的缺失將導(dǎo)致端?？s短，這種縮短使得端粒最終成為不能被細(xì)胞識(shí)別的末端。但這并不是說(shuō)端粒不存在了，而是說(shuō)端?？s短到了一個(gè)“關(guān)鍵長(zhǎng)度”，端粒一旦短于此長(zhǎng)度，就很有可能導(dǎo)致染色體雙鏈的斷裂，并激活細(xì)胞自身的檢驗(yàn)系統(tǒng)，從而使細(xì)胞進(jìn)入死亡危機(jī)狀態(tài)。

隨著端粒的進(jìn)一步丟失，將會(huì)發(fā)生染色體重排、雙著絲粒染色體和非整倍染色體的形成等錯(cuò)誤，這將導(dǎo)致進(jìn)一步的危機(jī)產(chǎn)生。5’5’端粒消耗端粒維持細(xì)胞衰老細(xì)胞永生化染色體DNA端粒端粒（Kbp）

干細(xì)胞

種系細(xì)胞端粒酶呈陽(yáng)性

正常體細(xì)胞端粒酶呈陰性M1

=5-7轉(zhuǎn)化事件

M2=2-4

永生化腫瘤細(xì)胞端粒酶呈陽(yáng)性Hyflick極限期（M1）危機(jī)期（M2）復(fù)制年齡端粒丟失與衰老關(guān)系模型端粒限制性片斷長(zhǎng)度近年來(lái)，人們對(duì)人體惡性腫瘤組織端粒酶的活性進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示，絕大多數(shù)惡性腫瘤組織均顯示明顯的端粒酶活性，而在正常細(xì)胞株和癌旁組織標(biāo)本中端粒酶幾乎全部為陰性。這有力佐證了端粒酶的激活在維持細(xì)胞永生化、促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展方面所具有的重要意義。端粒端粒酶與細(xì)胞永生和腫瘤的關(guān)系可用M1/M2假說(shuō)來(lái)解釋，即細(xì)胞獲得永生化必須克服兩個(gè)死亡危機(jī)期。端粒酶特異地表達(dá)于各種腫瘤細(xì)胞，是大多數(shù)腫瘤細(xì)胞持續(xù)分裂所必需的，因此，端粒酶活性是診斷多數(shù)惡性腫瘤、判斷愈后的良好指標(biāo)。

端粒酶可作為腫瘤早期診斷的指標(biāo)人們?cè)噲D抑制端粒酶活性來(lái)治療腫瘤，它可能比目前所使用的化學(xué)療法和基因療法具更大的優(yōu)勢(shì)。端粒酶抑制劑具有較高的特異性和較少的副作用，并具有廣譜性。傳統(tǒng)療法對(duì)早期腫瘤最有效，而端粒酶抑制劑可能對(duì)晚期和擴(kuò)散腫瘤也有效。端粒酶活性的監(jiān)測(cè)可作為判斷腫瘤腫瘤大小、惡性程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、腫瘤的分級(jí)及預(yù)后的重要指標(biāo)體外研究發(fā)現(xiàn)端粒酶活性與腫瘤細(xì)胞的分化呈負(fù)相關(guān)

端粒、端粒酶與腫瘤研究中遇到的幾個(gè)基本問(wèn)題：

在端粒酶陽(yáng)性細(xì)胞中，端粒酶是腫瘤細(xì)胞形成的原因還是結(jié)果，在端粒酶陰性的腫瘤細(xì)胞中，通常具較長(zhǎng)的端粒，其端粒又是怎么合