染色體端粒和端粒酶課件

染色體端粒和端粒酶NobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009

主要成就：他們共同解決了生物學(xué)的一個(gè)重大問(wèn)題，即“在細(xì)胞分裂時(shí)染色體如何完整地自我復(fù)制以及染色體如何受到保護(hù)以免于退化”?！斑@三位科學(xué)家向我們展示，解決辦法存在于染色體末端——端粒，以及形成端粒的酶——端粒酶?！?/p>

一、端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義二、端粒的結(jié)構(gòu)和功能三、端粒酶的結(jié)構(gòu)和合成端粒的機(jī)制四、端粒、端粒酶與腫瘤和細(xì)胞衰老五、研究現(xiàn)狀端粒與端粒酶主要內(nèi)容目錄CONTENTS一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義

1978年伊麗莎白通過(guò)體外DNA復(fù)制實(shí)驗(yàn)，推斷出模式生物四膜蟲的端粒中含有許多重復(fù)的5'-CCCCAA-3'六堿基序列，首次闡明了四膜蟲的端粒結(jié)構(gòu)。同時(shí)，杰克紹斯塔克正試圖在酵母中建構(gòu)人工線性染色體，希望它能夠像自然染色體一樣在細(xì)胞中復(fù)制。但他構(gòu)建的人工染色體轉(zhuǎn)化入細(xì)胞后總是很快降解。1980年，當(dāng)伊麗莎白報(bào)道她關(guān)于端粒DNA的發(fā)現(xiàn)時(shí)，引起了杰克的極大興趣。于是二人合作將新發(fā)現(xiàn)的四膜蟲端粒序列和人工染色體連接到一起，而后導(dǎo)入酵母細(xì)胞。奇跡出現(xiàn)了，人工染色體不再降解，可以在細(xì)胞內(nèi)正常復(fù)制。這一方面證實(shí)了端粒對(duì)染色體的保護(hù)作用，也使DNA的大片段克隆成為可能，為后來(lái)的人類基因組測(cè)序奠定了基礎(chǔ)。一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義

1984年，卡羅爾作為博士研究生進(jìn)入伊麗莎白實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了端粒末端合成機(jī)制的研究工作。她們假設(shè)端粒是由某種酶合成，那么在細(xì)胞裂解液里應(yīng)該有這種酶的存在，如果使用四膜蟲細(xì)胞裂解液在體外能檢測(cè)到端粒序列的復(fù)制和延伸，那無(wú)疑證實(shí)這種“酶”的存在。一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義

結(jié)果顯示，當(dāng)四膜蟲細(xì)胞裂解液加入四膜蟲或酵母端粒序列DNA時(shí)，其明顯被重新加上了DNA堿基，而且以6個(gè)堿基遞增的方式延長(zhǎng)，與四膜蟲端粒重復(fù)基本單位為6個(gè)堿基正好吻合，而對(duì)于隨機(jī)序列的DNA底物并不發(fā)生延伸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，端粒DNA的延伸是通過(guò)“酶”來(lái)完成的，且這種酶的活性不依賴于DNA模板。這種酶后來(lái)被命名為“端粒酶”。細(xì)胞愈年輕，端粒愈長(zhǎng)；迄今為止，這是首次有小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成功地逆轉(zhuǎn)衰老過(guò)程，意味著一些老化的器官也有“重生”的可能。主要成就：他們共同解決了生物學(xué)的一個(gè)重大問(wèn)題，即“在細(xì)胞分裂時(shí)染色體如何完整地自我復(fù)制以及染色體如何受到保護(hù)以免于退化”。1984年，卡羅爾作為博士研究生進(jìn)入伊麗莎白實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了端粒末端合成機(jī)制的研究工作。三端粒酶的結(jié)構(gòu)和合成端粒的機(jī)制一、端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義染色體末端由重復(fù)DNA序列和相關(guān)蛋白組成的特殊結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)和完整性的功能。四端粒、端粒酶與腫瘤和細(xì)胞衰老奇跡出現(xiàn)了，人工染色體不再降解，可以在細(xì)胞內(nèi)正常復(fù)制。極少部分細(xì)胞通過(guò)病毒基因的整合或抑癌基因的突變而逃脫死亡，通過(guò)某種機(jī)制激活端粒酶，使端粒長(zhǎng)度得以維持，成為永生細(xì)胞，無(wú)限增殖，形成腫瘤。結(jié)果顯示，當(dāng)四膜蟲細(xì)胞裂解液加入四膜蟲或酵母端粒序列DNA時(shí)，其明顯被重新加上了DNA堿基，而且以6個(gè)堿基遞增的方式延長(zhǎng)，與四膜蟲端粒重復(fù)基本單位為6個(gè)堿基正好吻合，而對(duì)于隨機(jī)序列的DNA底物并不發(fā)生延伸。細(xì)胞愈年輕，端粒愈長(zhǎng)；細(xì)胞將停止分裂而趨于老化一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義奇跡出現(xiàn)了，人工染色體不再降解，可以在細(xì)胞內(nèi)正常復(fù)制。端粒酶逆轉(zhuǎn)衰老過(guò)程的研究：1996年7月，克隆羊多莉出生，6年后，她得了一般老年時(shí)才會(huì)得的關(guān)節(jié)炎和肺病而死亡。1980年，當(dāng)伊麗莎白報(bào)道她關(guān)于端粒DNA的發(fā)現(xiàn)時(shí)，引起了杰克的極大興趣。于是二人合作將新發(fā)現(xiàn)的四膜蟲端粒序列和人工染色體連接到一起，而后導(dǎo)入酵母細(xì)胞。一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義

（一）端粒染色體末端由重復(fù)DNA序列和相關(guān)蛋白組成的特殊結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)和完整性的功能。一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義

（二）端粒酶（telomerase）是核蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶，以自身RNA為模板，合成端粒DNA，將端粒DNA加至真核細(xì)胞染色體末端，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染色體保護(hù)、腫瘤發(fā)生、細(xì)胞衰老等現(xiàn)象密切相關(guān)，所以它成為科學(xué)家當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。二端粒的結(jié)構(gòu)和功能（一）端粒的結(jié)構(gòu)

二端粒的結(jié)構(gòu)和功能二端粒的結(jié)構(gòu)和功能（二）端粒的功能1、穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；

（1）端粒T環(huán)結(jié)構(gòu)(terminalloop)，使染色體末端封閉起來(lái)，免遭破壞；

（2）端粒D環(huán)結(jié)構(gòu)(displacementloop)

，結(jié)合TRF2等蛋白，阻止染色體末端融合和損傷反應(yīng)。

沒(méi)有游離的末端是染色體末端穩(wěn)定的關(guān)鍵二端粒的結(jié)構(gòu)和功能（二）端粒的功能1、穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；2、保持染色體DNA遺傳信息復(fù)制的完整性，解決DNA末端復(fù)制問(wèn)題；3′5′3′5′5′3′5′3′5′3′TelomeraseDNAsynthesis3′5′

保持染色體DNA遺傳信息復(fù)制的完整性二端粒的結(jié)構(gòu)和功能（二）端粒的功能1、穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；2、保持染色體DNA遺傳信息復(fù)制的完整性，解決DNA末端復(fù)制問(wèn)題；3、與細(xì)胞衰老有關(guān)。細(xì)胞愈年輕，端粒愈長(zhǎng)；細(xì)胞愈老，端粒愈短。

細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂

端粒長(zhǎng)短與細(xì)胞衰老有關(guān)染色體端粒端粒細(xì)胞將停止分裂而趨于老化端粒長(zhǎng)短與細(xì)胞衰老有關(guān)而健康細(xì)胞不會(huì)遭受攻擊，因?yàn)樗鼈兊亩肆Ｃ负刻?，不?huì)引起免疫系統(tǒng)的注意?！斑@三位科學(xué)家向我們展示，解決辦法存在于染色體末端——端粒，以及形成端粒的酶——端粒酶。迄今為止，這是首次有小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成功地逆轉(zhuǎn)衰老過(guò)程，意味著一些老化的器官也有“重生”的可能。1984年，卡羅爾作為博士研究生進(jìn)入伊麗莎白實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了端粒末端合成機(jī)制的研究工作。迄今為止，這是首次有小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成功地逆轉(zhuǎn)衰老過(guò)程，意味著一些老化的器官也有“重生”的可能。2、保持染色體DNA遺傳信息復(fù)制的完整性，解決DNA末端復(fù)制問(wèn)題；（2）端粒D環(huán)結(jié)構(gòu)(displacementloop)，結(jié)合TRF2等蛋白，阻止染色體末端融合和損傷反應(yīng)。四、與腫瘤和細(xì)胞衰老的關(guān)系

端粒與生物體衰老的經(jīng)典例證四端粒、端粒酶與腫瘤和細(xì)胞衰老研究端粒丟失速率，預(yù)測(cè)人類壽命一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義1980年，當(dāng)伊麗莎白報(bào)道她關(guān)于端粒DNA的發(fā)現(xiàn)時(shí)，引起了杰克的極大興趣。一、端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義這個(gè)“新發(fā)明”還不會(huì)像其它癌癥藥物一樣導(dǎo)致副作用，例如頭暈和掉頭發(fā)。三端粒酶的結(jié)構(gòu)和合成端粒的機(jī)制四、與腫瘤和細(xì)胞衰老的關(guān)系由RNA組分和蛋白質(zhì)組分組成。一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義于是二人合作將新發(fā)現(xiàn)的四膜蟲端粒序列和人工染色體連接到一起，而后導(dǎo)入酵母細(xì)胞。五、端粒與端粒酶的研究現(xiàn)狀三端粒酶的結(jié)構(gòu)和合成端粒的機(jī)制

（一）端粒酶的結(jié)構(gòu)由RNA組分和蛋白質(zhì)組分組成。

（二）端粒酶合成端粒的機(jī)制（一）腫瘤發(fā)生:端粒--端粒酶學(xué)說(shuō)隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加，端粒逐漸縮短，當(dāng)其縮短到關(guān)鍵長(zhǎng)度時(shí)，細(xì)胞停止分裂，大部分細(xì)胞在基因調(diào)控下衰老死亡。極少部分細(xì)胞通過(guò)病毒基因的整合或抑癌基因的突變而逃脫死亡，通過(guò)某種機(jī)制激活端粒酶，使端粒長(zhǎng)度得以維持，成為永生細(xì)胞，無(wú)限增殖，形成腫瘤。四、與腫瘤和細(xì)胞衰老的關(guān)系四端粒、端粒酶與腫瘤和細(xì)胞衰老在正常人的體細(xì)胞中，檢測(cè)不到端粒酶活性；85%-95%的腫瘤細(xì)胞中，檢測(cè)到端粒酶活性；抑制端粒酶活性，可以使永生細(xì)胞轉(zhuǎn)化為正常細(xì)胞。臨床應(yīng)用：1、直腸癌的早期診斷方法

2、治療癌癥：RNA干擾技術(shù)（二）細(xì)胞衰老：生命鐘假說(shuō)

人體細(xì)胞中，端粒酶延長(zhǎng)端粒的作用是在胚系完成的，當(dāng)胚胎發(fā)育完成后，端粒酶活性被抑制。當(dāng)人出生以后，端粒就象是一個(gè)伴隨著細(xì)胞分裂繁殖的“生命之鐘”，歷數(shù)著細(xì)胞可分裂的次數(shù)，同時(shí)也見(jiàn)證了細(xì)胞由生長(zhǎng)到衰老死亡的整個(gè)生命歷程。四端粒、端粒酶與腫瘤和細(xì)胞衰老端粒酶活性在多細(xì)胞生物的體細(xì)胞中受到抑制，導(dǎo)致染色體在每一代細(xì)胞中逐漸縮短。隨著這種縮短到達(dá)信息DNA,細(xì)胞衰老和死亡。細(xì)胞分裂

端粒閾值細(xì)胞停止分裂，走向死亡當(dāng)端粒酶活性被抑制端粒長(zhǎng)短與細(xì)胞分裂次數(shù)呈正比端粒長(zhǎng)短

基因探針檢測(cè)胎兒細(xì)胞株嬰兒細(xì)胞株青年細(xì)胞株老年細(xì)胞株不同年齡段端粒長(zhǎng)度研究端粒丟失速率，預(yù)測(cè)人類壽命長(zhǎng)短

四、與腫瘤和細(xì)胞衰老的關(guān)系

端粒與生物體衰老的經(jīng)典例證

1996年7月，克隆羊多莉出生，6年后，她得了一般老年時(shí)才會(huì)得的關(guān)節(jié)炎和肺病而死亡。羊的平均壽命是12歲。

克隆多莉時(shí)，使用的是6歲成年羊的體細(xì)胞核。1.端粒酶逆轉(zhuǎn)衰老過(guò)程的研究：2010年11月，美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究者JaskelioffM等在Nature雜志發(fā)表了有關(guān)端粒酶和衰老研究的重要發(fā)現(xiàn)。他們利用基因工程技術(shù)成功地將端粒酶缺陷型小鼠的衰老過(guò)程逆轉(zhuǎn)。迄今為止，這是首次有小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成功地逆轉(zhuǎn)衰老過(guò)程，意味著一些老化的器官也有“重生”的可能。這項(xiàng)突破成果或有望防治腦退化癥(如老年癡呆癥)、糖尿病和心臟病等疾病，甚至有望打開(kāi)永恒青春的奧秘。

五、端粒與端粒酶的研究現(xiàn)狀

五、端粒與端粒酶的研究現(xiàn)狀2.萬(wàn)能癌癥疫苗的研究：2011年4月15日，據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，英國(guó)科學(xué)家近期研制出了一種“萬(wàn)能”疫苗，可用于治療包括胰腺癌在內(nèi)的多種癌癥，并預(yù)計(jì)在兩年后面世。這個(gè)“新發(fā)明”還不會(huì)像其它癌癥藥物一樣導(dǎo)致副作用，例如頭暈和掉頭發(fā)。從原理上講，它會(huì)激活免疫系統(tǒng)找出并破壞癌細(xì)胞的端粒酶，從而抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。而健康細(xì)胞不會(huì)遭受攻擊，因?yàn)樗鼈兊亩肆Ｃ负刻?，不?huì)引起免疫系統(tǒng)的注意。迄今為止，這是首次有小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成功地逆轉(zhuǎn)衰老過(guò)程，意味著一些老化的器官也有“重生”的可能。2010年11月，美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究者JaskelioffM等在Nature雜志發(fā)表了有關(guān)端粒酶和衰老研究的重要發(fā)現(xiàn)。于是二人合作將新發(fā)現(xiàn)的四膜蟲端粒序列和人工染色體連接到一起，而后導(dǎo)入酵母細(xì)胞。主要成就：他們共同解決了生物學(xué)的一個(gè)重大問(wèn)題，即“在細(xì)胞分裂時(shí)染色體如何完整地自我復(fù)制以及染色體如何受到保護(hù)以免于退化”。細(xì)胞愈年輕，端粒愈長(zhǎng)；1978年伊麗莎白通過(guò)體外DNA復(fù)制實(shí)驗(yàn)，推斷出模式生物四膜蟲的端粒中含有許多重復(fù)的5'-CCCCAA-3'六堿基序列，首次闡明了四膜蟲的端粒結(jié)構(gòu)。奇跡出現(xiàn)了，人工染色體不再降解，可以在細(xì)胞內(nèi)正常復(fù)制。抑制端粒酶活性，可以使永生細(xì)胞轉(zhuǎn)化為正常細(xì)胞。1984年，卡羅爾作為博士研究生進(jìn)入伊麗莎白實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了端粒末端合成機(jī)制的研究工作。從原理上講，它會(huì)激活免疫系統(tǒng)找出并破壞癌細(xì)胞的端粒酶，從而抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。2、保持染色體DNA遺傳信息復(fù)制的完整性，解決DNA末端復(fù)制問(wèn)題；保持染色體DNA遺傳信息復(fù)制的完整性2、治療癌癥：RNA干擾技術(shù)而健康細(xì)胞不會(huì)遭受攻擊，因?yàn)樗鼈兊亩肆Ｃ负刻?，不?huì)引起免疫系統(tǒng)的注意。奇跡出現(xiàn)了，人工染色體不再降解，可以在細(xì)胞內(nèi)正常復(fù)制。1984年，卡羅爾作為博士研究生進(jìn)入伊麗莎白實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了端粒末端合成機(jī)制的研究工作。端粒長(zhǎng)短與細(xì)胞衰老有關(guān)2、治療癌癥：RNA干擾技術(shù)一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義1984年，卡羅爾作為博士研究生進(jìn)入伊麗莎白實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了端粒末端合成機(jī)制的研究工作。二、端粒的結(jié)構(gòu)和功能迄今為止，這是首次有小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成功地逆轉(zhuǎn)衰老過(guò)程，意味著一些老化的器官也有“重生”的可能。85%-95%的腫瘤細(xì)胞中，檢測(cè)到端粒酶活性；目前人們還不清楚端粒耗損是衰老的原因還是伴隨的結(jié)果。端粒長(zhǎng)短與細(xì)胞分裂次數(shù)呈正比(terminalloop)，使染色體末端封閉起來(lái)，免遭破壞；抑制端粒酶活性，可以使永生細(xì)胞轉(zhuǎn)化為正常細(xì)胞。1、穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；五、端粒與端粒酶的研究現(xiàn)狀同時(shí)，杰克紹斯塔克正試圖在酵母中建構(gòu)人工線性染色體，希望它能夠像自然染色體一樣在細(xì)胞中復(fù)制。2、保持染色體DNA遺傳信息復(fù)制的完整性，解決DNA末端復(fù)制問(wèn)題；抑制端粒酶活性，可以使永生細(xì)胞轉(zhuǎn)化為正常細(xì)胞。一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義1996年7月，克隆羊多莉出生，6年后，她得了一般老年時(shí)才會(huì)得的關(guān)節(jié)炎和肺病而死亡。一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義2、治療癌癥：RNA干擾技術(shù)1984年，卡羅爾作為博士研究生進(jìn)入伊麗莎白實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了端粒末端合成機(jī)制的研究工作。1996年7月，克隆羊多莉出生，6年后，她得了一般老年時(shí)才會(huì)得的關(guān)節(jié)炎和肺病而死亡。三端粒酶的結(jié)構(gòu)和合成端粒的機(jī)制一、端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義

五、端粒與端粒酶的研究現(xiàn)狀

？五、端粒與端粒酶的研究現(xiàn)狀

？1984年，卡羅爾作為博士研究生進(jìn)入伊麗莎白實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了端粒末端合成機(jī)制的研究工作。結(jié)果顯示，當(dāng)四膜蟲細(xì)胞裂解液加入四膜蟲或酵母端粒序列DNA時(shí)，其明顯被重新加上了DNA堿基，而且以6個(gè)堿基遞增的方式延長(zhǎng)，與四膜蟲端粒重復(fù)基本單位為6個(gè)堿基正好吻合，而對(duì)于隨機(jī)序列的DNA底物并不發(fā)生延伸。一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義1980年，當(dāng)伊麗莎白報(bào)道她關(guān)于端粒DNA的發(fā)現(xiàn)時(shí)，引起了杰克的極大興趣。2、治療癌癥：RNA干擾技術(shù)2010年11月，美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究者JaskelioffM等在Nature雜志發(fā)表了有關(guān)端粒酶和衰老研究的重要發(fā)現(xiàn)。這個(gè)“新發(fā)明”還不會(huì)像其它癌癥藥物一樣導(dǎo)致副作用，例如頭暈和掉頭發(fā)。奇跡出現(xiàn)了，人工染色體不再降解，可以在細(xì)胞內(nèi)正常復(fù)制。隨著這種縮短到達(dá)信息DNA,細(xì)胞衰老和死亡。隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加，端粒逐漸縮短，當(dāng)其縮短到關(guān)鍵長(zhǎng)度時(shí)，細(xì)胞停止分裂，大部分細(xì)胞在基因調(diào)控下衰老死亡。一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義三端粒酶的結(jié)構(gòu)和合成端粒的機(jī)制端粒長(zhǎng)短與細(xì)胞衰老有關(guān)（一）腫瘤發(fā)生:端粒--端粒酶學(xué)說(shuō)（一）腫瘤發(fā)生:端粒--端粒酶學(xué)說(shuō)1984年，卡羅爾作為博士研究生進(jìn)入伊麗莎白實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了端粒末端合成機(jī)制的研究工作。細(xì)胞愈年輕，端粒愈長(zhǎng)；一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義抑制端粒酶活性，可以使永生細(xì)胞轉(zhuǎn)化為正常細(xì)胞。（2）端粒D環(huán)結(jié)構(gòu)(displacementloop)，結(jié)合TRF2等蛋白，阻止染色體末端融合和損傷反應(yīng)。五、端粒與端粒酶的研究現(xiàn)狀臨床應(yīng)用：1、直腸癌的早期診斷方法五、端粒與端粒酶的研究現(xiàn)狀一端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義1984年，卡羅爾作為博士研究生進(jìn)入伊麗莎白實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始了端粒末端合成機(jī)制的研究工作。（2）端粒D環(huán)結(jié)構(gòu)(displacementloop)，結(jié)合TRF2等蛋白，阻止染色體末端融合和損傷反應(yīng)。奇跡出現(xiàn)了