端粒酶的主要作用是維持端粒的長(zhǎng)度

1、端粒酶的主要作用是維持端粒的長(zhǎng)度端粒酶的主要作用是維持端粒的長(zhǎng)度人的生殖細(xì)胞、造血干細(xì)胞及 T、B淋巴細(xì)胞中端粒酶有不同程度的表 達(dá)，而在正常的體細(xì)胞中，端粒酶處于失活狀態(tài)，因此體細(xì) 胞隨細(xì)胞分裂次數(shù)的增加端粒逐漸縮短。端粒的長(zhǎng)度與有絲 分裂次數(shù)相關(guān)，所以端粒又有細(xì)胞的“有絲分裂鐘”之稱 . 端粒是染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)，是DNA與相關(guān)蛋白質(zhì)的復(fù)合體。端粒DNA由許多短的富含鳥(niǎo)喋吟 （G）的重復(fù)序 列串聯(lián)而成，可長(zhǎng)達(dá)10kb以上。人的端粒重復(fù)序列為 TTAGGG ,長(zhǎng)達(dá)15kb。真核細(xì)胞染色體端粒 DNA富含G鏈, 較富含胞喀陡（C）鏈超由1216個(gè)核昔酸，形成3'末端 突出單鏈結(jié)構(gòu)

2、。端粒蛋白質(zhì)往往與末端單鏈相結(jié)合維持DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)，使其末端不能被核酸酶所識(shí)別。人類(lèi)端粒蛋白的 主要成分已被克隆，其具體功能尚待進(jìn)一步研究。端粒主要有兩大生理功能：（1）維持染色體結(jié)構(gòu)的完整性，防 止染色體被核酸酶降解及染色體間相互融和。（2）防止染色體結(jié)構(gòu)基因在復(fù)制時(shí)丟失， 解決了末端復(fù)制的難題。DNA復(fù) 制時(shí)，DNA聚合酶必須在 RNA引物基礎(chǔ)上從5'向3'方 向延伸，而5'端RNA引物去除后因無(wú)引物的存在而不能復(fù) 制，結(jié)果每復(fù)制一次染色體末端將丟失一段序列。端粒的存 在使每次丟失的僅為端粒的一部分，從而保護(hù)了染色體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)基因。另外，有些研究還顯示，端粒與核運(yùn)動(dòng)

3、有關(guān),可能對(duì)同源染色體的配對(duì)重組有重要意義。端粒的合成主要依靠端粒酶來(lái)催化。端粒酶是RNA與蛋白質(zhì)組成的核糖核蛋白，是一種RNA依賴性DNA聚合酶。人類(lèi)端粒酶RNA 成分已被成功克隆，它包括與端粒重復(fù)序列互補(bǔ)的11個(gè)核昔酸5' -CUAACCCUAAC-3 '。四膜蟲(chóng)等幾種生物的端粒 酶蛋白組分已被克隆，它對(duì)維持端粒酶的功能是必須的。端粒酶的主要作用是維持端粒的長(zhǎng)度。它能利用端粒3'端單鏈為引物，自身的 RNA為模板合成端粒重復(fù)序列添加到 染色體末端，從而延長(zhǎng)端粒的長(zhǎng)度。人的生殖細(xì)胞、造血干 細(xì)胞及T、B淋巴細(xì)胞中端粒酶有不同程度的表達(dá)，而在正 常的體細(xì)胞中，端粒酶處于

4、失活狀態(tài)，因此體細(xì)胞隨細(xì)胞分 裂次數(shù)的增加端粒逐漸縮短。端粒的長(zhǎng)度與有絲分裂次數(shù)相 關(guān)，所以端粒又有細(xì)胞的“有絲分裂鐘”之稱 .天地虛懷來(lái) 自：潛能21網(wǎng)-端粒酶的主要作用是維持端粒的長(zhǎng)度潛能開(kāi)發(fā)音樂(lè) 催眠曲 潛意識(shí)錄音帶，mp3下載 一工培養(yǎng)條件下，接近這個(gè)限度時(shí)，哪怕用最好的培養(yǎng)方法都 拯救不了既定的命運(yùn)。像人體的成纖維細(xì)胞，據(jù)試驗(yàn)，最多 只能繁殖50代，到那時(shí)必然趨于死亡。其他像老鼠的成纖維細(xì)胞只能分裂18代，龜?shù)某衫w維細(xì)胞分裂 110代，如此 等等。那么人為什么會(huì)衰老，以至走向死亡呢？有研究者對(duì) 導(dǎo)致人體細(xì)胞衰老的原因提由了 “程序假說(shuō)”和“錯(cuò)誤積累假說(shuō)”。人類(lèi)的細(xì)胞并不能無(wú)限制地重復(fù)

5、分裂，在分裂5060次后便會(huì)停止。細(xì)胞不再繼續(xù)分裂的機(jī)體組織，便呈現(xiàn)由衰老和機(jī)能低下的狀態(tài)。隨著細(xì)胞重復(fù)分裂使端?？s短到一 定的長(zhǎng)度，從而使細(xì)胞停止了分裂。這就是“程序假說(shuō)”。細(xì)胞分裂的時(shí)候，DNA被復(fù)制，但是由于 X射線、紫外線、 活性氧、有害物質(zhì)的損害，DNA會(huì)發(fā)生異常變化，于是DNA 在復(fù)制過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。隨著錯(cuò)誤的積累，生成了異常 蛋白質(zhì)，細(xì)胞機(jī)能變得低下，于是細(xì)胞便不能繼續(xù)分裂，呈 現(xiàn)由了衰老跡象。這就是所謂“錯(cuò)誤積累假說(shuō)”。因此，人不像機(jī)器那樣容易磨損和壞掉，而是能自我成長(zhǎng)和修復(fù)，但 這只能算是衰老的伴生現(xiàn)象。對(duì)衰老機(jī)理的研究就是為了有 效地指導(dǎo)抗衰老的研究和實(shí)踐工作。但是，人

6、類(lèi)衰老的原因 是多方面的，衰老的機(jī)理也是極為復(fù)雜的。二、端粒和端粒酶 端粒是真核細(xì)胞內(nèi)染色體末端的 DNA重復(fù)片斷，經(jīng)常 被比做鞋帶兩端防止磨損的塑料套， 由富含G的核酸重復(fù)序 列和許多蛋白質(zhì)組成， 包括Ku70、Ku80、依賴DNA的蛋白激酶和端粒重復(fù)序列結(jié)合因子 2 (TRF2)等。不同個(gè)體的端 粒初始長(zhǎng)度差異很大，在人中大約為15 kb,在大鼠中可長(zhǎng)達(dá)150 kb,在小鼠中一般在 580 kb之間變化，而在尖毛蟲(chóng) 中卻只有20 bp。在所有的有機(jī)體中，端粒 DNA的長(zhǎng)度總是 隨著外界環(huán)境而波動(dòng)變化的。醉母的端粒DNA在200400bp間隨遺傳或營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的改變而改變，四膜蟲(chóng)和錐蟲(chóng)等有機(jī)體的

7、端粒長(zhǎng)度在對(duì)數(shù)期會(huì)持續(xù)增加。相反，在人體中，隨著 細(xì)胞的持續(xù)分裂，端粒會(huì)緩慢縮短。細(xì)胞培養(yǎng)研究表明，當(dāng) 端粒再也無(wú)法保護(hù)染色體免受傷害時(shí)，細(xì)胞就會(huì)停止分裂， 或者變得不穩(wěn)定。其功能是完成染色體末端的復(fù)制，防止染 色體免遭融合、重組和降解。染色體復(fù)制的上述特點(diǎn)決定了 細(xì)胞分裂的次數(shù)是有限的，端粒的長(zhǎng)度決定了細(xì)胞的壽命， 故而被稱為“生命的時(shí)鐘”。端粒酶(或端粒體酶)是一種 能延長(zhǎng)端粒末端的核糖蛋白酶，主要成分是RNA和蛋白質(zhì)，其含有引物特異識(shí)別位點(diǎn)，能以自身 RNA為模板，合成端 粒DNA并加到染色體末端，使端粒延長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)細(xì)胞的 壽命甚至使其永生化8。如果細(xì)胞被病毒感染，或者莫些抑癌基因如p

8、53、pRB等突變，細(xì)胞可越過(guò) M1期而繼續(xù)分裂， 端粒繼續(xù)縮短，最終達(dá)到一個(gè)關(guān)鍵閾值，細(xì)胞進(jìn)入第二致死期M2,這時(shí)染色體可能由現(xiàn)形態(tài)異常，莫些細(xì)胞由于端粒 太短而失去功能，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。但極少數(shù)細(xì)胞能在此 階段進(jìn)一步激活端粒酶，使端粒功能得以恢復(fù)，并維持染色體的穩(wěn)定性，從而避免死亡。最近 Shay et al9在Science上 發(fā)表了一幅有趣的模式圖，簡(jiǎn)要介紹了端粒、端粒酶介導(dǎo)細(xì) 胞凋亡或永生化的過(guò)程。大量的證據(jù)表明，端粒酶的激活或 抑制會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞永生化或進(jìn)入分裂終止期。端粒酶在超過(guò) 80%的永生細(xì)胞系及大多數(shù)腫瘤組織中呈激活狀態(tài)。端粒酶 的抑制會(huì)使胚胎干細(xì)胞、骨髓造血細(xì)胞的增生受到抑

9、制，并使 腫瘤細(xì)胞系增生減弱，以致于凋亡增加。有必要指由的是： 端粒酶對(duì)細(xì)胞增生、衰老及凋亡的調(diào)節(jié)是通過(guò)不同的途徑進(jìn) 行的。其中端粒延長(zhǎng)依賴性機(jī)制作用緩慢，需要多代細(xì)胞端 粒的進(jìn)行性縮短積累到一定程度，才會(huì)誘發(fā)細(xì)胞靜止信號(hào)的 激活。最近有一種端粒延長(zhǎng)非依賴性機(jī)制，其作用較快，可 能涉及到端粒三級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，蛋白相互作用的改變，轉(zhuǎn)位的改變等10。三、端粒及端粒酶與衰老的關(guān)系關(guān)于端粒丟失 同衰老的關(guān)系理論是由 Olovnikov博士于1973年首次提由的 11。他認(rèn)為，端粒的丟失很可能是因?yàn)槟N與端粒相關(guān)的 基因發(fā)生了致死性的缺失。目前認(rèn)為，人類(lèi)細(xì)胞內(nèi)端粒酶活 性的缺失將導(dǎo)致端粒縮短，每次丟失50

10、200個(gè)堿基，這種縮短使得端粒最終不能被細(xì)胞識(shí)別。端粒一旦短于“關(guān)鍵長(zhǎng) 度”，就很有可能導(dǎo)致染色體雙鏈的斷裂，并激活細(xì)胞自身 的檢驗(yàn)系統(tǒng)，從而使細(xì)胞進(jìn)入 M1期死亡狀態(tài)。隨著端粒的 進(jìn)一步丟失，將會(huì)發(fā)生染色體重排和非整倍體染色體的形成等錯(cuò)誤，這將導(dǎo)致進(jìn)一步的危機(jī)產(chǎn)生，即M2期死亡狀態(tài)。當(dāng)幾千個(gè)堿基的端粒 DNA丟失后，細(xì)胞就停止分裂而引起衰老。端粒及端粒酶涉及衰老最有力的證據(jù)是Bodnar12等證實(shí)的。如果細(xì)胞試圖要維持其正常分裂，那么就必須阻止 端粒的進(jìn)一步丟失，并且激活端粒酶。Cooke13等認(rèn)為，由于人體細(xì)胞中的端粒酶未被活化，從而導(dǎo)致了端粒DNA縮短。因此，只有那些重新獲得端粒酶活性的

11、細(xì)胞才能繼續(xù)生 存下去，對(duì)于那些無(wú)法激活端粒酶的細(xì)胞將只能面臨趨向衰 老的結(jié)果。研究人員最近還發(fā)現(xiàn)，患有一種可加速衰老的遺 傳病人具有異常短的端粒，這進(jìn)一步表明端粒在衰老過(guò)程中 所起的重要作用。在人類(lèi)細(xì)胞中，研究者還發(fā)現(xiàn)，端粒縮短 的速率與細(xì)胞抗氧化損傷的能力相關(guān)。更容易遭受氧化損害 的細(xì)胞，其端?？s短更快，然而那些更能抵抗這種損傷的細(xì) 胞，端粒縮短得較慢。如果能減免細(xì)胞損傷或激活端粒酶， 即可控制人類(lèi)的衰老進(jìn)程。有人曾經(jīng)對(duì)人淋巴細(xì)胞的衰老性 變化與其端粒長(zhǎng)度以及端粒酶活性的關(guān)系在各種體內(nèi)體外 環(huán)境及處理因素下做了觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)端粒酶活性和端粒長(zhǎng)度的 調(diào)節(jié)有可能是淋巴細(xì)胞增殖的控制因素，這已在人體

12、淋巴細(xì) 胞的發(fā)育、分化、激活和衰老過(guò)程中被驗(yàn)證。曾發(fā)現(xiàn)外周血 CD+4T細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度在體內(nèi)隨著衰老以及從靜思細(xì)胞到 記憶細(xì)胞的分化過(guò)程而縮短，在體外則隨著細(xì)胞的分裂而縮 短，這些結(jié)果提示端粒長(zhǎng)度與淋巴細(xì)胞增殖過(guò)程以及記憶性 增殖潛力相關(guān)。端粒酶的表達(dá)已知能夠抑制衰老，而Weinberg and colleagues14認(rèn)為端粒酶的作用主要在于延長(zhǎng) 了端粒懸垂的長(zhǎng)度。細(xì)胞的復(fù)制期限被認(rèn)為由最終導(dǎo)致衰老 的兩個(gè)機(jī)制決定，一個(gè)是累積的DNA損傷，另外一個(gè)是端粒的進(jìn)行性縮短。Weinberg and colleagues研究了一個(gè)端粒的 特殊懸垂結(jié)構(gòu)在衰老過(guò)程中的作用，懸垂結(jié)構(gòu)只在富含C的末端之外還

13、有一個(gè)由幾百個(gè)核甘酸組成的富含G的結(jié)構(gòu)。據(jù)稱Shay實(shí)驗(yàn)小組15的研究策略是通過(guò)抑制端粒酶活性，從而迫使永生化細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)檎＜?xì)胞，進(jìn)入正常的衰老和死亡 模式。在衰老異常發(fā)展中有一種早衰人群，即從 20歲開(kāi)始 皮膚和毛發(fā)等便迅速衰老，其原因仍在于制造端粒酶的遺傳 基因。細(xì)胞在分裂的時(shí)候，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以其一根長(zhǎng)鏈為“模子”進(jìn)行DNA復(fù)制。在DNA修復(fù)損傷的時(shí)候，“拆解” DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是必要的，制造端粒酶的遺傳基因在解開(kāi) DNA螺旋結(jié)構(gòu)上起作用。 像制造端粒酶并從事 DNA復(fù)制和 修改錯(cuò)誤的一類(lèi)遺傳基因，若與延長(zhǎng)細(xì)胞壽命的端粒酶良好 結(jié)合，我們也許能期待向“長(zhǎng)生不老”的目標(biāo)進(jìn)一步接近。 四

14、、展望和未來(lái)總之，人類(lèi)體細(xì)胞在復(fù)制衰老過(guò)程中產(chǎn)生的 端粒丟失現(xiàn)象已在體外得到了證實(shí)，而且體內(nèi)的端粒丟失可 作為判斷供體年齡的依據(jù)。我們只要設(shè)法使已衰老的人體內(nèi)各種干細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度恢復(fù)到年輕時(shí)的水平，老人就會(huì)返 老還童和長(zhǎng)生不老。但在人類(lèi)端粒及端粒酶的基礎(chǔ)研究中， 還存在著許多難點(diǎn)，如：人端粒末端的精細(xì)結(jié)構(gòu)，端粒的非端粒酶延伸機(jī)制；人端粒酶的具體結(jié)構(gòu)及其基因所在的位 置；端粒酶的激活機(jī)制及其活性調(diào)節(jié)等，均有待于回答。盡 管如此，我們似乎仍看到了前景的美好。畢竟人們已找到了 同衰老有著緊密相關(guān)性的因素一一端粒和端粒酶。人們對(duì)于 端粒抑制劑的研究已經(jīng)蓬勃的展開(kāi)了。故進(jìn)一步研究端粒酶 的活性調(diào)節(jié)機(jī)制，

15、對(duì)于開(kāi)發(fā)新型延緩衰老的端粒酶抑制劑無(wú) 疑具有重要意義。Colorado大學(xué)的兩位研究人員 Thomas Cech和Robert Weinbrg16博士已獨(dú)立地克隆由一種控制人 類(lèi)細(xì)胞端粒酶活性的基因。應(yīng)用這種基因，很有可能得到一 種新的蛋白質(zhì)一一端粒酶的控制劑。關(guān)于衰老機(jī)理和抗衰老 的研究領(lǐng)域現(xiàn)在仍然是非?；钴S的，并將受到越來(lái)越足夠的 重視，因?yàn)樗鼘?duì)于延緩衰老，實(shí)驗(yàn)老年醫(yī)學(xué)研究的目的即防 止人類(lèi)早衰，保持人體健康長(zhǎng)壽是極為重要的。但是，就目 前人類(lèi)在這方面的研究來(lái)看還很薄弱。在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)， 有關(guān)衰老與抗衰老的研究重點(diǎn)還應(yīng)放在以最新生物學(xué)技術(shù) 研究有關(guān)長(zhǎng)壽與衰老基因的克隆、結(jié)構(gòu)分析以及對(duì)這些

16、基因 的調(diào)控機(jī)制；機(jī)體衰老過(guò)程中自由基、突變以及其它有害刺 激因素啟動(dòng)細(xì)胞衰老凋亡的分子機(jī)制和這些過(guò)程被調(diào)控的 分子機(jī)理；利用衰老基因與長(zhǎng)壽基因的研究成果進(jìn)行的基因 治療方面研究等。參考文獻(xiàn) 1.Rabl.C Uber ZelltheilungMorphologisches Jahrbuch 1885;10;214-330.2.McClintockB.The stability of broken end of chromosome in Zea mays. Genetics 1941;41:234-282.3.Muller HJ. The Remaking of chromosomes. T

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