染色体端粒和端粒酶PPT课件

1、第1页/共32页Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009 主要成就：主要成就：他们共同解决了生物学的一个重大他们共同解决了生物学的一个重大问题，即问题，即“在细胞分裂时染色体如何完整地自在细胞分裂时染色体如何完整地自我复制以及染色体如何受到保护以免于退化我复制以及染色体如何受到保护以免于退化”。“这三位科学家向我们展示，解决办法存在于这三位科学家向我们展示，解决办法存在于染色体末端染色体末端端粒端粒，以及形成端粒的酶，以及形成端粒的酶端粒酶端粒酶。” 第2页/共32页第3页/共32页一一 端粒和端粒酶的发现和定义端粒和端粒酶的发现和定义 1978年伊

2、丽莎白通过体外DNA复制实验，推断出模式生物四膜虫的端粒中含有许多重复的5-CCCCAA- 3六碱基序列，首次阐明了四膜虫的端粒结构。 同时，杰克绍斯塔克正试图在酵母中建构人工线性染色体，希望它能够像自然染色体一样在细胞中复制。但他构建的人工染色体转化入细胞后总是很快降解。 1980年，当伊丽莎白报道她关于端粒DNA的发现时，引起了杰克的极大兴趣。于是二人合作将新发现的四膜虫端粒序列和人工染色体连接到一起，而后导入酵母细胞。奇迹出现了，人工染色体不再降解，可以在细胞内正常复制。这一方面证实了端粒对染色体的保护作用，也使DNA的大片段克隆成为可能，为后来的人类基因组测序奠定了基础。第4页/共32

3、页一一 端粒和端粒酶的发现和定义端粒和端粒酶的发现和定义 1984年，卡罗尔作为博士研究生进入伊丽莎白实验室，开始了端粒末端合成机制的研究工作。 她们假设端粒是由某种酶合成，那么在细胞裂解液里应该有这种酶的存在，如果使用四膜虫细胞裂解液在体外能检测到端粒序列的复制和延伸，那无疑证实这种“酶”的存在。第5页/共32页一一 端粒和端粒酶的发现和定义端粒和端粒酶的发现和定义 结果显示，当四膜虫细胞裂解液加入四膜虫或酵母端粒序列DNA时，其明显被重新加上了DNA碱基，而且以6个碱基递增的方式延长，与四膜虫端粒重复基本单位为6个碱基正好吻合，而对于随机序列的DNA底物并不发生延伸。 实验结果证明，端粒D

4、NA的延伸是通过“酶”来完成的，且这种酶的活性不依赖于DNA模板。这种酶后来被命名为“端粒酶”。第6页/共32页一一 端粒和端粒酶的发现和定义端粒和端粒酶的发现和定义（一）端粒（一）端粒染色体末端由染色体末端由重复重复DNADNA序列序列和和相关蛋白相关蛋白组成的特殊结构，具组成的特殊结构，具有稳定染色体结构和有稳定染色体结构和完整性的功能。完整性的功能。第7页/共32页一一 端粒和端粒酶的发现和定义端粒和端粒酶的发现和定义（二）端粒酶（二）端粒酶（telomerasetelomerase）是是核蛋白逆转录酶核蛋白逆转录酶，以自身，以自身RNARNA为模板，为模板，合成端粒合成端粒DNADNA

5、，将端粒，将端粒DNADNA加至真核细胞染加至真核细胞染色体末端，为细胞持续分裂提供遗传基础。色体末端，为细胞持续分裂提供遗传基础。由于端粒和端粒酶与由于端粒和端粒酶与染色体保护、肿瘤发染色体保护、肿瘤发生、细胞衰老生、细胞衰老等现象密切相关，所以它成等现象密切相关，所以它成为科学家当前的研究热点。为科学家当前的研究热点。第8页/共32页二二 端粒的结构和功能端粒的结构和功能（一）端粒的结构（一）端粒的结构 第9页/共32页二二 端粒的结构和功能端粒的结构和功能第10页/共32页二二 端粒的结构和功能端粒的结构和功能（二）端粒的功能（二）端粒的功能1 1、稳定染色体末端结构；、稳定染色体末端结

6、构；第11页/共32页 （1 1）端粒端粒T T环环结构结构 (terminal loop) (terminal loop) ，使染色体末端封闭，使染色体末端封闭起来，免遭破坏；起来，免遭破坏； （2 2）端粒端粒D D环环结构结构(displacement (displacement loop)loop) ，结合，结合TRFTRF2 2等蛋白，阻止染色体等蛋白，阻止染色体末端融合和损伤反应。末端融合和损伤反应。第12页/共32页 没有游离的末端是染色体末端稳定的关键没有游离的末端是染色体末端稳定的关键第13页/共32页二二 端粒的结构和功能端粒的结构和功能（二）端粒的功能（二）端粒的功能1

7、1、稳定染色体末端结构；、稳定染色体末端结构；2 2、保持染色体、保持染色体DNADNA遗传信息复制的完遗传信息复制的完整性，解决整性，解决DNADNA末端复制问题；末端复制问题；第14页/共32页3535535353TelomeraseDNA synthesis35 保持染色体保持染色体DNA遗传信息复制的完整遗传信息复制的完整性性第15页/共32页二二 端粒的结构和功能端粒的结构和功能（二）端粒的功能（二）端粒的功能1 1、稳定染色体末端结构；、稳定染色体末端结构；2 2、保持染色体、保持染色体DNADNA遗传信息复制的完整性，遗传信息复制的完整性，解决解决DNADNA末端复制问题；末端复

8、制问题；3 3、与、与细胞衰老细胞衰老有关。细胞愈年轻，端粒愈有关。细胞愈年轻，端粒愈长；细胞愈老，端粒愈短。长；细胞愈老，端粒愈短。 第16页/共32页细胞分裂细胞分裂 细胞分裂细胞分裂 端粒长短与细胞衰老有关端粒长短与细胞衰老有关染色体染色体端粒端粒 端粒端粒 细胞将停止分裂而趋于老化细胞将停止分裂而趋于老化第17页/共32页三三 端粒酶的结构和合成端粒的机制端粒酶的结构和合成端粒的机制（一）端粒酶的结构（一）端粒酶的结构 由由RNA组分和组分和蛋白质蛋白质组分组成。组分组成。 第18页/共32页（二）端粒酶合成端粒的机制（二）端粒酶合成端粒的机制第19页/共32页（一）肿瘤发生（一）肿瘤

9、发生: :端粒端粒-端粒酶学说端粒酶学说 随着细胞分裂次数的增加，随着细胞分裂次数的增加，端粒逐渐缩短端粒逐渐缩短，当其缩短到关键长度时，当其缩短到关键长度时，细胞停止分裂细胞停止分裂，大部分细胞在基因调控下大部分细胞在基因调控下衰老死亡。衰老死亡。 极少部分细胞通过病毒基因的整合或抑癌基因的突变而逃脱死亡，通过某种机制极少部分细胞通过病毒基因的整合或抑癌基因的突变而逃脱死亡，通过某种机制激激活端粒酶活端粒酶，使端粒长度得以维持，使端粒长度得以维持，成为永生细胞成为永生细胞，无限增殖，无限增殖，形成肿瘤形成肿瘤。四四 、与肿瘤和细胞衰老的关系、与肿瘤和细胞衰老的关系第20页/共32页四四 端粒

10、、端粒酶与肿瘤和细胞衰老端粒、端粒酶与肿瘤和细胞衰老在在正常人的体细胞正常人的体细胞中，检测不到端粒酶活中，检测不到端粒酶活性；性；85%-95%85%-95%的肿瘤细胞的肿瘤细胞中，检测到端粒酶活中，检测到端粒酶活性；性；抑制端粒酶活性，可以使永生细胞转化为抑制端粒酶活性，可以使永生细胞转化为正常细胞。正常细胞。临床应用：临床应用：1 1、直肠癌的早期诊断方法、直肠癌的早期诊断方法 2 2、治疗癌症：、治疗癌症：RNARNA干扰技术干扰技术第21页/共32页（二）细胞衰老：生命钟假说（二）细胞衰老：生命钟假说 人体细胞中，端粒酶延长端粒的作用是在人体细胞中，端粒酶延长端粒的作用是在胚系胚系完

11、成的，当胚胎发育完成后，完成的，当胚胎发育完成后，端粒酶活性被抑制端粒酶活性被抑制。 当人出生以后，端粒就象是一个伴随着细胞分裂繁殖的当人出生以后，端粒就象是一个伴随着细胞分裂繁殖的“生命之钟生命之钟”，历数，历数着细胞可分裂的次数，同时也见证了细胞由生长到衰老死亡的整个生命历程。着细胞可分裂的次数，同时也见证了细胞由生长到衰老死亡的整个生命历程。四四 端粒、端粒酶与肿瘤和细胞衰老端粒、端粒酶与肿瘤和细胞衰老第22页/共32页端粒酶活性在多细胞生物的体细胞中受端粒酶活性在多细胞生物的体细胞中受到抑制，导致染色体在每一代细胞中逐到抑制，导致染色体在每一代细胞中逐渐缩短。随着这种缩短到达信息渐缩短

12、。随着这种缩短到达信息DNA,DNA,细细胞衰老和死亡。胞衰老和死亡。细胞分裂细胞分裂 端粒阈值端粒阈值细胞停止分裂，走向死亡细胞停止分裂，走向死亡当端粒酶活性被抑制当端粒酶活性被抑制第23页/共32页端粒长短与细胞分裂次数端粒长短与细胞分裂次数呈正比呈正比端粒长短端粒长短 基因探针检测基因探针检测胎儿细胞株胎儿细胞株婴儿细胞株婴儿细胞株青年细胞株青年细胞株老年细胞株老年细胞株不同年龄段不同年龄段端粒长度端粒长度研究端粒丢失速率，研究端粒丢失速率，预测人类寿命预测人类寿命长短第24页/共32页 四四 、与肿瘤和细胞衰老的关系、与肿瘤和细胞衰老的关系 端粒与生物体衰老的经典例证端粒与生物体衰老的

13、经典例证 19961996年年7 7月，克隆羊多莉出生，月，克隆羊多莉出生，6 6年后年后，她得了一般老年时才会得的关节炎和肺病而她得了一般老年时才会得的关节炎和肺病而死亡。死亡。 羊的平均寿命是羊的平均寿命是1212岁。岁。 克隆多莉时，使用的是克隆多莉时，使用的是6 6岁成年羊的体岁成年羊的体细胞核。细胞核。第25页/共32页1.1.端粒酶逆转衰老过程的研究：端粒酶逆转衰老过程的研究： 2010年11月，美国哈佛大学医学院的研究者Jaskelioff M等在Nature杂志发表了有关端粒酶和衰老研究的重要发现。他们利用基因工程技术成功地将端粒酶缺成功地将端粒酶缺陷型小鼠的衰老过程逆转陷型小

14、鼠的衰老过程逆转。 迄今为止，这是首次有小鼠动物实验成功地逆转衰老过程，意味着一些老化的器官也有“重生”的可能。这项突破成果或有望防治脑退化症(如老年痴呆症)、糖尿病和心脏病等疾病，甚至有望打开永恒青春的奥秘。 五、端粒与端粒酶的研究现状五、端粒与端粒酶的研究现状第26页/共32页 五、端粒与端粒酶的研究现状五、端粒与端粒酶的研究现状2.2.万能癌症疫苗的万能癌症疫苗的研究：研究： 2011年4月15日，据英国每日邮报报道，英国科学家近期研制出了一种“万能”疫苗，可用于治疗包括胰腺癌在内的多种癌症，并预计在两年后面世。 这个“新发明”还不会像其它癌症药物一样导致副作用，例如头晕和掉头发。从原理上讲，它会激活免疫系统找出并破坏癌细胞的端它会激活免疫系统找出并破坏癌细胞的端粒酶，从而抑制癌细胞的生长。粒酶，从而抑制癌细胞的生长。而健康细胞不会遭受攻击，因为它们的端粒酶含量太低，不会引起免疫系统的注意。第27页/共32页 五、端粒与端粒酶的研究现状五、端粒与端粒酶的研究现状第28页/共32页五、端粒与端粒酶的研究现状五、端粒与端粒酶的研究现状 第29页/共32页五、端粒与端粒酶的研究现状五、端粒与端粒酶的研究现状3.3.生物体衰老的整体机制生物体衰老的整体