端粒和端粒酶

1、端粒和端粒酶，早在20世纪30年代，两位遗传学家，穆勒和麦克林托克，就在不同的实验室对不同的生物体进行了实验，发现染色体末端的结构对保持染色体稳定非常重要。穆勒将这种结构命名为端粒。直到1985年，格雷德(Greider)等人在证实端粒结构是一个非常简单的从四膜虫中重复多次的6核苷酸TTAGGG序列后，发现了端粒酶TRAP-eze。端粒和端粒酶是生物学研究的热点。端粒是位于真核细胞染色体末端的核酸蛋白复合体，其功能是维持染色体的稳定性和完整性。端粒酶是一种核酸核蛋白酶，能以自身的核糖核酸为模板合成端粒重复序列，维持端粒长度的稳定性。许多研究表明，端粒和端粒酶的功能障碍会影响细胞的生物学行为，包

2、括细胞周期稳定性、细胞增殖、癌变、凋亡和衰老。端粒和端粒酶1。端粒的结构和功能詹姆斯沃森在1972年提出了“复制终结问题”。复制DNA的DNA聚合酶不能完全复制线性染色体末端的DNA。也就是说，当线性DNA复制时，DNA聚合酶在染色体末端留下一段DNA(端粒的一段)，并且不复制。端粒DNA复制的特点是，在每个DNA复制中，在每个染色体的三个末端都有一段DNA不能被复制。随着每一次细胞分裂，染色体三端的DNA将持续丢失50-200bp，因此细胞分裂有一定的限度，即分裂寿命。因此，端粒的长度可以作为细胞的“分裂钟”，反映细胞分裂的能力。内容：真核细胞的染色体末端会随着细胞分裂而缩短，这种缩短的端粒

3、在传递给子细胞后会随着细胞分裂而进一步缩短。随着每一次细胞分裂，染色体末端逐渐缩短，直到细胞老化。人体细胞从细胞诞生到衰老都遵循这一规律。单细胞生物按照这一规则分裂后，必须有其他机制来维持单细胞生物和生殖细胞的存活。端粒是真核细胞线性染色体末端一种特殊结构。它由端粒DNA和端粒相关蛋白组成。端粒DNA是一个简单且高度重复的序列，没有功能基因，在生物进化过程中高度保守。不同物种的端粒DNA序列存在差异。人类和其他脊椎动物的端粒结构是一个大约15kb长的5TTAGGG3重复序列。体细胞的端粒有限长度(端粒有限长度)明显短于生殖细胞，年轻人的TRFs明显长于老年人，这表明TRFs随着细胞分裂或衰老而

4、变短，主要是由于DNA聚合酶不能完成线性DNA末端的复制。端粒DNA由两条成对的DNA单链组成，其双链部分与端粒结合蛋白TRF1和TRF2结合形成端粒。这种特殊的T环结构可以保持染色体末端的稳定性和染色体及其内部基因的完整性，从而使遗传物质能够被完全复制。缺少端粒的染色体不能稳定存在。端粒DNA和结构蛋白形成的复合体就像染色体的“帽子”，不仅可以保护染色体不被降解，还可以避免端粒末端融合和染色体丢失。同时，端粒可以帮助细胞识别完整的染色体和受损的染色体。在生理条件下，作为细胞“分裂钟”的端粒可以缩短，最终导致细胞脱离细胞周期。端粒酶的结构和功能在端粒被发现之前，人们推测生殖细胞能够代代相传的原

5、因可能存在一种维持端粒长度的特殊机制，正是由于缺乏这种机制，体细胞在其染色体末端有致命缺失的危险。因此，在正常人细胞之间永生化细胞和肿瘤细胞的转化过程中，可能存在类似于生殖细胞的机制。这些细胞如何保持长期持续或分裂的能力？科学家发现，端粒确实会随着每一次分裂而缩短，但它们也会被新合成的端粒片段所延长。科学家们怀疑可能有一种未被发现的酶，它具有标准DNA聚合酶所没有的功能，并能延长缩短的端粒。令科学家兴奋的是，端粒酶(一种能延长端粒的酶)的存在于1984年首次在四膜虫中得到证实。端粒酶结构是一种核糖核蛋白复合体，由核糖核酸和结合蛋白组成，是一种依赖于核糖核酸的脱氧核糖核酸聚合酶。它是一种特殊的酶

6、，可以通过明显依赖模板的方式一次添加一个核苷酸来合成端粒DNA。端粒酶本质上是一种特殊的逆转录酶，端粒酶核糖核酸(hTR)、端粒酶逆转录酶(TERT)、端粒酶结合蛋白(TEP)、端粒酶核糖核酸(hTR)、端粒酶逆转录酶(TERT)和端粒酶结合蛋白(TEP)。端粒酶核糖核酸含有一个与同源端粒脱氧核糖核酸序列TTAGGG互补的序列，核糖核酸酶H切割这个模板区域，在体外可以消除端粒酶并延长端粒的功能。人类TERT(hTERT)基因是一个单拷贝基因，位于5p15.33，具有7个保守序列结构域单位和端粒酶特异性结构域单位T.打破TERT将消除端粒酶活性，缩短端粒。TEP1，存活动态神经细胞基因(SMN)

7、产物，hsp90，PinX1，Est1p和Est3p，1。端粒酶核糖核酸(hTERT)哺乳动物端粒酶核糖核酸(hTR和mTR)广泛表达于许多组织的不同发育阶段，甚至是那些没有端粒酶活性的组织。端粒酶核糖核酸在体内的存在对端粒酶功能起着重要作用，影响端粒酶核糖核酸的稳定性和突变，改变体内端粒长度，并通过改变端粒完整性或端粒结合因子的末端结合位点，导致细胞核分裂后期的细胞死亡。端粒酶RNA转录模板的远端区域参与与底物的结合。可以在近端区域添加特定的核苷酸，这对底物识别并不重要。模板边界区结合端粒酶催化亚单位TERT，也结合端粒酶相关因子Est1p和Ku。端粒酶逆转录酶(TERT)几乎所有有端粒酶的

8、生物都含有一个TERT基因，哺乳动物TERT的转录受到许多转录因子、激素和细胞外信号的严格控制。不同的转录因子调节不同细胞内容物中hTERT的表达。癌基因c-myc是一种受特殊信号调节的诱导型癌基因，可与多瘤病毒、肿瘤转移酶、肿瘤转移酶等癌基因协同作用。促进细胞的无限增殖、永生化和癌变。用c-myc反义寡核苷酸转染白血病细胞后，c-myc和hTERTFujimoto等人可以下调这些细胞中的端粒酶活性，但c-myc正义寡核苷酸没有这种作用。王等发现c-myc诱导正常人乳腺上皮细胞和二倍体成纤维细胞端粒酶活性，并延长这些细胞的寿命。因此，癌基因c-myc被认为是端粒酶的重要激活因子。hTERT核心

9、启动子中有两个重要的c-myc结合位点(CACGTG，也称为e-box)。c-myc诱导的hTERT表达启动迅速，不受细胞增殖或额外蛋白合成的影响，这与c-myc诱导的直接转录激活一致。然而，癌基因c-myc不是唯一与hTERT基因调控相关的转录因子。端粒酶相关蛋白(TEP)端粒酶相关蛋白-1(TEP1)是一种多功能的核糖核酸结合蛋白。TEP1的缺失导致rRNA水平的显著降低以及TEP1和rRNA的丢失，但不会导致端粒酶活性或端粒长度的紊乱。热休克蛋白(hsp)90，存活动态神经细胞基因(SMN)的产物，以及其他参与TERT转录后修饰的蛋白包括磷酸酶-A、Akt、cAbl、p53和PARP。P

10、inX1和人TERT在体外共表达抑制了人端粒酶活性。出芽酵母蛋白Est1p和Est3p与体内端粒酶的功能有关。Est1p足以延长端粒。然而，在没有Est1p的情况下，Est2p-Cdc13pDBD的融合也足以维持端粒长度。端粒酶的功能端粒酶是一种在染色体末端连续合成端粒序列的酶，能够维持端粒的长度和细胞的增殖潜能。端粒酶以自身的核糖核酸为模板合成端粒酶重复序列，具有逆转录酶活性。它的活性与DNA聚合酶无关，对核糖核酸酶、蛋白酶和高温敏感。端粒酶活性表达可稳定端粒长度，抑制细胞衰老，在生殖细胞和干细胞中可检测到高水平的端粒酶活性。在体内，尚不清楚每个细胞分裂中合成了多少端粒DNA。端粒酶在体内的

11、延伸功能是一个复杂的动态过程。被双链端粒结合蛋白负调节，包括存在于T环中的RAP1(出芽酵母)、TRF1(端粒酶依赖型)和TRF2(端粒酶非依赖型)。端粒端粒酶对细胞死亡和细胞永生化的影响“端粒端粒酶假说”认为端粒酶的激活与细胞永生化和恶性肿瘤的发生发展密切相关。染色体末端端粒DNA的逐渐缩短是限制人类细胞寿命的先决条件。相反，端粒酶的激活和端粒DNA的合成被认为是细胞永生化和癌症发展的必要步骤。目前的数据证实端粒酶对于组织和长期有丝分裂细胞的长期存活是必要的。细胞死亡的过程可以分为两个阶段。当端粒缩短到2kb-4kb的临界长度时，染色体的稳定性将被破坏，细胞将开始老化到M1阶段。在M1期，细

12、胞对生长因子失去反应，产生抑制DNA合成的蛋白质。细胞周期检查点发送周期停止信号，DNA合成停止，DNA断裂，并激活p53依赖或p53非依赖的DNA损伤途径。它还诱导细胞周期依赖性激酶(CDK)抑制剂的产生，如P21和P27，导致细胞在G1期生长停滞并最终死亡。如果某些癌基因SV40T抗原、PRB、p53、p16等肿瘤抑制基因在此过程中失活并失去正常功能，则M1期的机制可被抑制，细胞可脱离M1期并继续生长以获得额外的增殖能力。此时，端粒酶仍为阴性，端粒继续缩短，并最终在20-30分裂后达到M2期。由于端粒太短，基因不稳定，大多数细胞死亡，但只有少数细胞恢复了端粒的功能，并由于端粒酶活性的上调或

13、重新激活而恢复了基因的稳定性，使细胞超过M2期，成为永生化细胞。端粒酶被抑制。正常人细胞中端粒的丢失阻断了SV40T抗原的细胞分裂，阻止了Rb和P53与病毒蛋白的结合，并在突变M1M2期间在M2形成了退化的染色体不稳定性。端粒酶激活细胞凋亡，在人类细胞的永生化转化中发挥重要作用。端粒酶活性在细胞周期的不同阶段是不同的，这与细胞周期的CDK-茨基网络调控系统有关。发现永生化细胞系在细胞周期的所有阶段都具有端粒酶活性，而静止细胞中的活性降低。随着肿瘤细胞进入G1/S期，端粒酶活性逐渐增加，在复制S期达到最高水平，而在G2/M期端粒酶活性逐渐丧失。当培养细胞进入无血清G0期时，端粒酶活性不受影响。在

14、人类乳腺癌中，高水平的端粒酶活性伴随着cyclinE或cylinD的高表达，并且一些cyclin可能参与端粒酶活性的调节。各种遗传毒性或环境胁迫都能激活野生型p53，进而引起细胞周期停滞或诱导凋亡，使细胞避免表型恶性转化。端粒双链DNA的破坏也能激活p53依赖的信号转导途径吗？Kusumoto等人在具有端粒酶和p53的单或双缺陷的小鼠中进行了研究，并证实端粒DNA的缺失可以诱导p53和p21WAF1的活化，并导致细胞周期停滞，而p53的缺失可以促进端粒序列的缺失并增加染色体融合的频率。端粒功能的丧失、连续的基因不稳定性和p53缺陷共同激活细胞的恶性转化。一度，人们认为端粒酶活性是细胞恶性转化或

15、永生化的标志。然而，不仅在正常组织的永生化细胞(如造血干细胞和精子)中，而且在非永生化和正常生理条件下活跃增殖的细胞(如受抗原刺激的T和B淋巴细胞、口腔和食管粘膜上皮细胞、皮肤基底层的角质形成细胞、宫颈上皮细胞和小肠上皮细胞)中均可检测到端粒酶活性。然而，Lehner等人使用定量逆转录聚合酶链反应来检测子宫内膜癌、增生性子宫内膜、分泌性子宫内膜和萎缩性子宫内膜中端粒酶逆转录酶基因表达的差异。可见端粒酶活性在不同增殖程度的子宫内膜中表达，但程度不同。因此，通过定性检测端粒酶来判断良性和恶性增殖明显不如定量检测重要。已有多次报道，改变：的实验条件可使多种端粒酶活性阴性细胞表达端粒酶活性并获得永生；

16、相反，抑制某些增殖组织中的端粒酶活性可以抑制细胞增殖。其他人发现：端粒酶通过调节端粒长度和生长促进因子的基因表达来影响细胞增殖。提示端粒酶是细胞生长和增殖的重要机制。然而，尽管一些永生化肿瘤细胞系和一些软组织肿瘤没有端粒酶活性，但它们仍有较长的端粒，这表明存在独立于端粒酶的端粒延伸机制。此外，3种识别hTR3末端不同序列的核酶作用于肿瘤细胞，4周内端粒酶活性下降，端粒缩短，增殖率无变化。在其他研究中，如黑色素瘤细胞，端粒酶活性在8周内下降，但经过20代以上的传代后，端粒长度没有缩短，细胞继续增殖。它表明，除了端粒和端粒酶，还有其他机制导致细胞增殖。端粒酶对细胞凋亡的影响一些启动细胞凋亡的基因位

17、于端粒结构附近，完整的端粒结构可以抑制这些基因的表达，而端粒长度的维持主要依赖于端粒酶。霍尔特等人在实验中发现，一些端粒长度稳定的正常细胞通过端粒酶的异位表达增加了对凋亡的抵抗能力；实验方法可以延长端粒酶阳性细胞的端粒，提高子代细胞的存活和抗凋亡能力。端粒酶阳性永生化细胞比端粒酶阴性永生化细胞具有更强的抗凋亡能力。这与Caspese家族中细胞内钙依赖型核酸内切酶诱导途径和白细胞介素-1B转换酶激活途径两种主要凋亡途径的缺陷有关。此外，发现诱导hTERT显性突变会降低肿瘤细胞的内源性端粒酶活性，肿瘤细胞的端粒会继续缩短，然后异常有丝分裂会增加，最终会出现大量凋亡细胞。端粒酶和衰老如何延缓人类衰老一直是人类追求的目标。尽管科学家已经发现了一些抗衰老的药物和方法，但它们并不理想。经过一定数量的细胞分裂后，端粒的不断丢失使细胞进入不可逆的生长抑制状态，脱离细胞周期而老化和凋亡，这称为复制老化。在体外培养中，端粒序列的逐渐丢失可以作为衰老定量机制的精确模型。随着年龄的增长，染色体中的端粒长度缩短。早期和老年患者的端粒过早缩短，然后缩短的端粒允许染色体融合。这些现象与老年患者细胞或培养的老化细胞中异常核型老化的高发生率密切相关。由于端粒酶活性