端粒的最新研究

返老还童--端粒和端粒酶

细胞里每个新部件的发现，都被有趣的故事所环绕，端粒和端粒酶也不例外。按照教科书的说法，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。端粒主要有两大生理功能：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合；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。

早在1938年9月，著名遗传学家赫尔曼〃穆勒(Hermann Muller)，首次提出端粒这一概念，以英文telomere表示。它在题为《染色体改造》(The remaking of chromosomes)的文章中谈到，端粒一定具有某种特殊的功能，即可以对染色体的末端起到封闭的作用。从某种意义上讲，如果染色体不被这样封闭，染色体就不会持续存在。与此同时，另一位遗传学家芭芭拉〃麦克林托克(Barbara McClintock)也意识到这一问题。囿于实验条件和技术，他们未能继续深入研究端粒到底具有何种特殊功能？时间行驶至上世纪70年代。彼时刚兴起的基因重组技术，为科学家研究DNA打开一扇大门。随着人们对DNA聚合酶研究的深入，新的问题随之而来。DNA每复制一轮，末端都将损失一段DNA片段。如果没有补偿机制，DNA在经过万千代复制后

端粒及其端粒酶的研究

端粒是真核生物线形染色体末端的一种特殊的异质化结构,在稳定染色体及防止染色体在复制时缩短方面有重要作用。其行为的异常被认为同细胞衰老及肿瘤的发生发展有密切关系。端粒酶是一个特殊的具有反转录活性的核糖核蛋白。近来的研究表明,端粒酶已不仅仅能维持端粒的长度,它更有助于肿瘤的形成。笔者综述了端粒的缩短所扮演的双重角色,以及端粒酶的激活与肿瘤之间的关系。

细胞的复制期限被认为由最终导致衰老的两个机制决定,一个是累积的DNA损伤,另外一个是端粒的进行性缩短。

但在人类端粒及端粒酶的基础研究中,还存在着许多难点,如:人端粒末端的精细结构,端粒的非端粒酶延伸机制;人端粒酶的具体结构及其基因所在的位置;端粒酶的激活机制及其活性调节等,均有待于回答。

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。

人为什么会衰老,以至走向死亡呢?有研究者对导致人体细胞衰老的原因提出了程序假说和错误积累假说。人类的细胞并不能无限制地重复分裂,在分裂50~60次后便会停止。细胞不再继续分裂的机体组织,便呈现出衰老和机能低下的状态。随着细

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

摘要 端粒是真核生物染色体末端的一种特殊结构，对于维持染色体稳定性具有十分重要的意义． 端粒长度的维持则需要端粒酶催化完成， 端粒的长短和端粒酶的功能异常与细胞衰老和癌变有密切关联。

关键词 端粒 端粒酶 抗衰老

对于真核生物而言 ． 一个细胞核内往往存在多条染色体 ．而每条染色体末端都存在一个特殊结构——端粒 ( t e l o me r e s ) ．该结构对于防止不同染色体之间末端的融合和维持染色体 的完整性具有十分重要 的意义 ．一些研究还发现端粒 长度与衰老和癌症存在密切关系． 成为当前生命科学领域的研究热点之一 。 一、端粒与端粒酶的研究历史

早在 2 0世纪3 O年代， 缪勒( He r ma n n Mu l l e r1 9 4 6年的诺贝尔生理或 医学奖获得者) 发现被 x线打断的果蝇染色体末端极不稳定 ， 因而提 出染色体末端结构可能是 为了维持染 色体的稳定性和完整性， 并将希腊文末端 ( t e l o ) 和部分( me r o s ) 组成一词 将其命名为端粒 ( t e l o me r e ) （1）． Mu l l e r H J ．Th e r e ma k i n g o f c

摘要 端粒是真核生物染色体末端的一种特殊结构，对于维持染色体稳定性具有十分重要的意义． 端粒长度的维持则需要端粒酶催化完成， 端粒的长短和端粒酶的功能异常与细胞衰老和癌变有密切关联。

关键词 端粒 端粒酶 抗衰老

对于真核生物而言 ． 一个细胞核内往往存在多条染色体 ．而每条染色体末端都存在一个特殊结构——端粒 ( t e l o me r e s ) ．该结构对于防止不同染色体之间末端的融合和维持染色体 的完整性具有十分重要 的意义 ．一些研究还发现端粒 长度与衰老和癌症存在密切关系． 成为当前生命科学领域的研究热点之一 。 一、端粒与端粒酶的研究历史

早在 2 0世纪3 O年代， 缪勒( He r ma n n Mu l l e r1 9 4 6年的诺贝尔生理或 医学奖获得者) 发现被 x线打断的果蝇染色体末端极不稳定 ， 因而提 出染色体末端结构可能是 为了维持染 色体的稳定性和完整性， 并将希腊文末端 ( t e l o ) 和部分( me r o s ) 组成一词 将其命名为端粒 ( t e l o me r e ) （1）． Mu l l e r H J ．Th e r e ma k i n g o f c

端粒酶

端粒酶的结构

目前存在有众多的衰老学说，其中盛行了一种学说，那就是端粒学说。①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，这是因为DNA和它的结合蛋白紧密结合，像两顶帽子那样盖在染色体两端，因而得名。研究发现，培养的人成纤维细胞随着培养传代次数增加，端粒长度是逐渐缩短的。

而端粒的长度和端粒酶的活性直接相关。端粒酶（telomerase）是一种能延长端粒末端的核糖蛋白酶，主要成分是RNA和蛋白质，其中还有特异性引物识别位点，可以以自身RNA为模版，合成端粒重复序列并加到染色体末端，以补偿因“末端复制问题”而导致的端粒片段丢失，从而延长细胞寿命甚至使其永生化。

②

由于端粒酶可被热、蛋白酶K和RNA酶破坏，因此认为它是由蛋白质和

RNA两部分组成的。人端粒酶RNA组分基因命名为hTR,定位于3号染色体，约有450个碱基的转录本，其中包括11个碱基的模版互补序列，即5·-CUAACCCUAAC,这个模版互补序列刚好每次与1.5个（TTAGGG）互补而特意的合成人染色体DNA的端粒。通过电穿孔法将hTR反义核酸表达质粒转染Hela细胞并在Hela细胞中表达，结果发现端粒长度明显缩短，Hela细胞分裂增殖受

端粒长度检测方法：

实时荧光定量PCR分两部分进行，分别测定端粒和内参基因RPLPO（核糖体大亚基PO蛋白基因）的Ct值，每次反应需要设定标准曲线。端粒（T）重复拷贝数与单拷贝基因（S）的比率，即T/S比率可以得出端粒的相对长度，而T/S比率与端粒长度成正比关系。T/S计算公式如下：

T/S= [2CT(telomeres)/2CT(single copy gene)]=2-ΔCT

1基因组DNA的提取

1. 提取人外周血基因组DNA

以试剂盒提取获得人外周血基因组DNA。

2实时荧光定量PCR测定DNA端粒长度

1. 引物序列

端粒 Tel 1：浓度675 nmol/L

序列 5’-GGTTTTTGAGGGTGAGGGTGAGGGTGAGGGTGAGGGT-3’

端粒 Tel 2：浓度1350 nmol/L

序列5’-TCCCGACTATCCCTATCCCTATCCCTATCCCTATCCCTA-3’

RPLPO基因 hRPLPO1：浓度800 nmol/L

序列5’-CCCATTCTATCATCAACGGGTACAA -3’

RPLPO基因 hRPLPO2：浓度800 nmol/L

序列5’-CAGCAAGTGG-GAAGGT

端粒长度测量方法:

DNA印迹法(Southern blot, SB)

SB已广泛应用于分析DNA和端粒结构. 用限制性核酸内切酶Hin fⅠ或Rsa Ⅰ消化DNA, 然后琼脂糖电泳分离不同大小的片段, 转移到硝酸纤维或尼龙膜上. 用32P同位素或生物素、碱性磷酸酯酶标记的端粒特异探针与其杂交(CCCATT)n. 末端限制酶切片段(TRF)通过光密度计定量测量. 选用Hin fⅠ或Rsa Ⅰ是因为这两种酶能频繁的切断DNA, 使亚端粒区域变得尽可能小. 用于SB分析的DNA应该是没有被打碎和纯度较高的, 但是因为DNA的高分子量、高黏度使得这点较难保证. TRF法得到的数据除代表所有染色体端粒的长度外, 还包括部分亚端粒区长度. 因此TRF法不能提供端粒的实际长度.

杂交保护分析法(hybridization protection assay,HPA)

HPA需要制备基因组DNA、细胞或组织溶胞产物同吖啶酯(AE)标记端粒的探针进行杂交, 检测发光强度, 确定端粒在Alu序列中比例. 研究表明, Alu序列中比例为0.01的端粒大约与2 kb的TRF法测量的端粒长度对应. HPA不需要完整的或没有修剪的DNA, 但是, 推荐使用下限为10

课 程 论 文

（20 12 -20 13 学年第 2 学期）

课程名称： 酶工程 学生姓名： 专业班级： 学 院： 学 号：

学生成绩：

关于端粒和端粒酶研究进展的综述

摘要 端粒是存在于真核细胞线形染色体末端的一段特殊的DNA和蛋白质的复合物，对于维持染色体稳定性具有十分重要的意义，端粒酶是一种特殊的核糖核蛋白逆转录酶,是一种RNA依赖性的DNA聚合酶，由RNA和蛋白质组成的核糖核蛋白（RNP）复合体。端粒的长短和端粒酶的功能异常与细胞衰老、肿瘤诊断和遗传疾病综合症有密切关联。并促进了目前正处于临床检测的基于以端粒酶活性及表达为目标的癌症治疗新策略的发展。综述了端粒和端粒酶发现、功能、应用及发展前景的综述。

关键词 端粒 端粒酶 染色体末端 细胞衰老 肿瘤细胞 遗传综合症

对于真核生物而言，一个细胞核内往往存在多条染色体，而每条染色体末端都存在一个特殊结构——端粒，该结构对于防止不同染色体之间末端的融合和维持染色体的完整性具有十分重要的意义，一些研究还发现端粒长度与衰老和癌症存在密切关系，成为

44JournalofAnimalScienceandVeterinaryMedicine　　Vol.28　　No.3　　2009

端粒酶与细胞永生化

李改霞

(陕西省米脂中学,陕西米脂　718100)

摘　要:端粒是真核细胞染色体末端的一种特殊结构,由端粒DNA和端粒蛋白质组成。正常动物

细胞DNA的端粒随着细胞分裂而缩短,当缩短到一定长度时细胞将停止增殖并死亡。端粒酶可以从端粒DNA3′OH末端延伸端粒或合成新的端粒。本文主要介绍了端粒酶的结构和功能以及在细胞永生化中的应用。

关键词:端粒;端粒酶;永生化

[中图分类号]　S852.33　　[文献标识码]　A　　[文章编号]　100426704(2009)0320044203

ProgressonTelomeraseandImmortalization

LIGai-xia

(Mizhimiddleschoolin,　　Abstract:Telomereissrendofeukaryoticchromosomes.Mostofnormalanimal

somaticcellscannumbertimbecomesenescent.Telomeraseisanenzymethatimpartsreplicative