染色體端粒和端粒酶PPT課件

1、第1頁/共32頁Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009 主要成就：主要成就：他們共同解決了生物學(xué)的一個(gè)重大他們共同解決了生物學(xué)的一個(gè)重大問題，即問題，即“在細(xì)胞分裂時(shí)染色體如何完整地自在細(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，解決辦法存在于這三位科學(xué)家向我們展示，解決辦法存在于染色體末端染色體末端端粒端粒，以及形成端粒的酶，以及形成端粒的酶端粒酶端粒酶?！?第2頁/共32頁第3頁/共32頁一一 端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義 1978年伊

2、麗莎白通過體外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，為后來的人類基因組測序奠定了基礎(chǔ)。第4頁/共32

3、頁一一 端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義端粒和端粒酶的發(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到端粒序列的復(fù)制和延伸，那無疑證實(shí)這種“酶”的存在。第5頁/共32頁一一 端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義端粒和端粒酶的發(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，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D

4、NA的延伸是通過“酶”來完成的，且這種酶的活性不依賴于DNA模板。這種酶后來被命名為“端粒酶”。第6頁/共32頁一一 端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義（一）端粒（一）端粒染色體末端由染色體末端由重復(fù)重復(fù)DNADNA序列序列和和相關(guān)蛋白相關(guān)蛋白組成的特殊結(jié)構(gòu)，具組成的特殊結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)和有穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)和完整性的功能。完整性的功能。第7頁/共32頁一一 端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)和定義（二）端粒酶（二）端粒酶（telomerasetelomerase）是是核蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶核蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶，以自身，以自身RNARNA為模板，為模板，合成端粒合成端粒DNADNA

5、，將端粒，將端粒DNADNA加至真核細(xì)胞染加至真核細(xì)胞染色體末端，為細(xì)胞持續(xù)分裂提供遺傳基礎(chǔ)。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由于端粒和端粒酶與染色體保護(hù)、腫瘤發(fā)染色體保護(hù)、腫瘤發(fā)生、細(xì)胞衰老生、細(xì)胞衰老等現(xiàn)象密切相關(guān)，所以它成等現(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)。為科學(xué)家當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。第8頁/共32頁二二 端粒的結(jié)構(gòu)和功能端粒的結(jié)構(gòu)和功能（一）端粒的結(jié)構(gòu)（一）端粒的結(jié)構(gòu) 第9頁/共32頁二二 端粒的結(jié)構(gòu)和功能端粒的結(jié)構(gòu)和功能第10頁/共32頁二二 端粒的結(jié)構(gòu)和功能端粒的結(jié)構(gòu)和功能（二）端粒的功能（二）端粒的功能1 1、穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；、穩(wěn)定染色體末端結(jié)

6、構(gòu)；第11頁/共32頁 （1 1）端粒端粒T T環(huán)環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) (terminal loop) (terminal loop) ，使染色體末端封閉，使染色體末端封閉起來，免遭破壞；起來，免遭破壞； （2 2）端粒端粒D D環(huán)環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(displacement (displacement loop)loop) ，結(jié)合，結(jié)合TRFTRF2 2等蛋白，阻止染色體等蛋白，阻止染色體末端融合和損傷反應(yīng)。末端融合和損傷反應(yīng)。第12頁/共32頁 沒有游離的末端是染色體末端穩(wěn)定的關(guān)鍵沒有游離的末端是染色體末端穩(wěn)定的關(guān)鍵第13頁/共32頁二二 端粒的結(jié)構(gòu)和功能端粒的結(jié)構(gòu)和功能（二）端粒的功能（二）端粒的功能1

7、1、穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；、穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；2 2、保持染色體、保持染色體DNADNA遺傳信息復(fù)制的完遺傳信息復(fù)制的完整性，解決整性，解決DNADNA末端復(fù)制問題；末端復(fù)制問題；第14頁/共32頁3535535353TelomeraseDNA synthesis35 保持染色體保持染色體DNA遺傳信息復(fù)制的完整遺傳信息復(fù)制的完整性性第15頁/共32頁二二 端粒的結(jié)構(gòu)和功能端粒的結(jié)構(gòu)和功能（二）端粒的功能（二）端粒的功能1 1、穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；、穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；2 2、保持染色體、保持染色體DNADNA遺傳信息復(fù)制的完整性，遺傳信息復(fù)制的完整性，解決解決DNADNA末端復(fù)制問題；末端復(fù)

8、制問題；3 3、與、與細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老有關(guān)。細(xì)胞愈年輕，端粒愈有關(guān)。細(xì)胞愈年輕，端粒愈長；細(xì)胞愈老，端粒愈短。長；細(xì)胞愈老，端粒愈短。 第16頁/共32頁細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂 細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂 端粒長短與細(xì)胞衰老有關(guān)端粒長短與細(xì)胞衰老有關(guān)染色體染色體端粒端粒 端粒端粒 細(xì)胞將停止分裂而趨于老化細(xì)胞將停止分裂而趨于老化第17頁/共32頁三三 端粒酶的結(jié)構(gòu)和合成端粒的機(jī)制端粒酶的結(jié)構(gòu)和合成端粒的機(jī)制（一）端粒酶的結(jié)構(gòu)（一）端粒酶的結(jié)構(gòu) 由由RNA組分和組分和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組分組成。組分組成。 第18頁/共32頁（二）端粒酶合成端粒的機(jī)制（二）端粒酶合成端粒的機(jī)制第19頁/共32頁（一）腫瘤發(fā)生（一）腫瘤

9、發(fā)生: :端粒端粒-端粒酶學(xué)說端粒酶學(xué)說 隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加，隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加，端粒逐漸縮短端粒逐漸縮短，當(dāng)其縮短到關(guān)鍵長度時(shí)，當(dāng)其縮短到關(guān)鍵長度時(shí)，細(xì)胞停止分裂細(xì)胞停止分裂，大部分細(xì)胞在基因調(diào)控下大部分細(xì)胞在基因調(diào)控下衰老死亡。衰老死亡。 極少部分細(xì)胞通過病毒基因的整合或抑癌基因的突變而逃脫死亡，通過某種機(jī)制極少部分細(xì)胞通過病毒基因的整合或抑癌基因的突變而逃脫死亡，通過某種機(jī)制激激活端粒酶活端粒酶，使端粒長度得以維持，使端粒長度得以維持，成為永生細(xì)胞成為永生細(xì)胞，無限增殖，無限增殖，形成腫瘤形成腫瘤。四四 、與腫瘤和細(xì)胞衰老的關(guān)系、與腫瘤和細(xì)胞衰老的關(guān)系第20頁/共32頁四四 端粒

10、、端粒酶與腫瘤和細(xì)胞衰老端粒、端粒酶與腫瘤和細(xì)胞衰老在在正常人的體細(xì)胞正常人的體細(xì)胞中，檢測不到端粒酶活中，檢測不到端粒酶活性；性；85%-95%85%-95%的腫瘤細(xì)胞的腫瘤細(xì)胞中，檢測到端粒酶活中，檢測到端粒酶活性；性；抑制端粒酶活性，可以使永生細(xì)胞轉(zhuǎn)化為抑制端粒酶活性，可以使永生細(xì)胞轉(zhuǎn)化為正常細(xì)胞。正常細(xì)胞。臨床應(yīng)用：臨床應(yīng)用：1 1、直腸癌的早期診斷方法、直腸癌的早期診斷方法 2 2、治療癌癥：、治療癌癥：RNARNA干擾技術(shù)干擾技術(shù)第21頁/共32頁（二）細(xì)胞衰老：生命鐘假說（二）細(xì)胞衰老：生命鐘假說 人體細(xì)胞中，端粒酶延長端粒的作用是在人體細(xì)胞中，端粒酶延長端粒的作用是在胚系胚系完

11、成的，當(dāng)胚胎發(fā)育完成后，完成的，當(dāng)胚胎發(fā)育完成后，端粒酶活性被抑制端粒酶活性被抑制。 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“生命之鐘生命之鐘”，歷數(shù)，歷數(shù)著細(xì)胞可分裂的次數(shù)，同時(shí)也見證了細(xì)胞由生長到衰老死亡的整個(gè)生命歷程。著細(xì)胞可分裂的次數(shù)，同時(shí)也見證了細(xì)胞由生長到衰老死亡的整個(gè)生命歷程。四四 端粒、端粒酶與腫瘤和細(xì)胞衰老端粒、端粒酶與腫瘤和細(xì)胞衰老第22頁/共32頁端粒酶活性在多細(xì)胞生物的體細(xì)胞中受端粒酶活性在多細(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)信息漸縮短

12、。隨著這種縮短到達(dá)信息DNA,DNA,細(xì)細(xì)胞衰老和死亡。胞衰老和死亡。細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂 端粒閾值端粒閾值細(xì)胞停止分裂，走向死亡細(xì)胞停止分裂，走向死亡當(dāng)端粒酶活性被抑制當(dāng)端粒酶活性被抑制第23頁/共32頁端粒長短與細(xì)胞分裂次數(shù)端粒長短與細(xì)胞分裂次數(shù)呈正比呈正比端粒長短端粒長短 基因探針檢測基因探針檢測胎兒細(xì)胞株胎兒細(xì)胞株嬰兒細(xì)胞株嬰兒細(xì)胞株青年細(xì)胞株青年細(xì)胞株老年細(xì)胞株老年細(xì)胞株不同年齡段不同年齡段端粒長度端粒長度研究端粒丟失速率，研究端粒丟失速率，預(yù)測人類壽命預(yù)測人類壽命長短第24頁/共32頁 四四 、與腫瘤和細(xì)胞衰老的關(guān)系、與腫瘤和細(xì)胞衰老的關(guān)系 端粒與生物體衰老的經(jīng)典例證端粒與生物體衰老的

13、經(jīng)典例證 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，她得了一般老年時(shí)才會(huì)得的關(guān)節(jié)炎和肺病而她得了一般老年時(shí)才會(huì)得的關(guān)節(jié)炎和肺病而死亡。死亡。 羊的平均壽命是羊的平均壽命是1212歲。歲。 克隆多莉時(shí)，使用的是克隆多莉時(shí)，使用的是6 6歲成年羊的體歲成年羊的體細(xì)胞核。細(xì)胞核。第25頁/共32頁1.1.端粒酶逆轉(zhuǎn)衰老過程的研究：端粒酶逆轉(zhuǎn)衰老過程的研究： 2010年11月，美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究者Jaskelioff M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)成功地將端粒酶缺成功地將端粒酶缺陷型小鼠的衰老過程逆轉(zhuǎn)陷型小

14、鼠的衰老過程逆轉(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)狀第26頁/共32頁 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2.2.萬能癌癥疫苗的萬能癌癥疫苗的研究：研究： 2011年4月15日，據(jù)英國每日郵報(bào)報(bào)道，英國科學(xué)家近期研制出了一種“萬能”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。粒酶，從而抑制癌細(xì)胞的生長。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。第27頁/共32頁 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)狀第28頁/共32頁五、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 第29頁/共32頁五、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3.3.生物體衰老的整體機(jī)制生物體衰老的整體