端粒与端粒酶 ppt课件
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端粒与端粒酶
端粒
端粒（telomere）是染色体末端的结构。染 色体DNA末端膨大成粒状，像帽子那样盖在 每条染色单体的两端。因此，每对染色体有 2个染色单体4个端粒，人类有23对染色体， 46条染色单体，各种生物所具有的遗传信息 均蕴藏在这些染色体的DNA中。
端粒及其基本结构
端粒
染色体末端对于染色体稳定性的重要作用， 最早是在上世纪30年代，Barbara Mclintock 和Hermann Muller在对玉米和果蝇的研究中 提出来的。Mclintock猜测这些末端特殊结构 的缺少会使染色体在有丝分裂时易发生融合 或断裂，伤害细胞。
端粒
20世纪60年代早期，Leonard Hayflick发现 人的成纤维细胞在体外培养时增殖次数是 有限的。后来许多实验证明，正常的动物 细胞无论是在体内生长还是在体外培养， 其分裂次数总存在一个“极限值”。
端粒
加利福尼亚大学的布莱克本在研究染色体 时发现其末端有大量的DNA重复序列，即 CCCCAA，该序列重复可达数十至过百次， 并折成二级结构。绍斯塔克进一步的研究， 结果证实端粒DNA的重复序列对维护染色 体的稳定性和DNA复制的完整性并且不被 降解，具有重要的作用。
端粒酶
1997年，人类端粒酶基因被克隆成功并鉴 定出了该酶由三部分组成：端粒RNA、端粒 酶协同蛋白和端粒酶逆转录酶。此酶既有 RNA模板功能又有逆转录功能，它可延长端 粒的DNA，为DNA聚合酶复制染色体长度而 不丢失末端部分提供一个平台，保障了 DNA复制的完整性。
端粒酶结构示意图
端粒酶
绍斯塔克与布莱克本等的研究还证实，端 粒的逐渐缩短或端粒酶RNA发生突变造成端 粒缩短，均能造成细胞生长衰退并逐渐停 止分裂。以上的研究揭示了“海弗列克极 限”即人体细胞只能进行大约60次的分裂， 端粒酶，他们最终 能够阻止细胞死亡，从而延缓衰老。因为 端粒酶可以合成端粒，在端粒受损时能把 端粒修复延长，可以让端粒不会因细胞分 裂而有所损耗，使得细胞分裂的次数增加， 端粒酶让人类看到了长生不老的曙光。
端粒
端粒（telomere）是染色体末端的结构。染 色体DNA末端膨大成粒状，像帽子那样盖在 每条染色单体的两端。因此，每对染色体有 2个染色单体4个端粒，人类有23对染色体， 46条染色单体，各种生物所具有的遗传信息 均蕴藏在这些染色体的DNA中。
端粒及其基本结构
端粒
染色体末端对于染色体稳定性的重要作用， 最早是在上世纪30年代，Barbara Mclintock 和Hermann Muller在对玉米和果蝇的研究中 提出来的。Mclintock猜测这些末端特殊结构 的缺少会使染色体在有丝分裂时易发生融合 或断裂，伤害细胞。
端粒
20世纪60年代早期，Leonard Hayflick发现 人的成纤维细胞在体外培养时增殖次数是 有限的。后来许多实验证明，正常的动物 细胞无论是在体内生长还是在体外培养， 其分裂次数总存在一个“极限值”。
端粒
加利福尼亚大学的布莱克本在研究染色体 时发现其末端有大量的DNA重复序列，即 CCCCAA，该序列重复可达数十至过百次， 并折成二级结构。绍斯塔克进一步的研究， 结果证实端粒DNA的重复序列对维护染色 体的稳定性和DNA复制的完整性并且不被 降解，具有重要的作用。
端粒酶
1997年，人类端粒酶基因被克隆成功并鉴 定出了该酶由三部分组成：端粒RNA、端粒 酶协同蛋白和端粒酶逆转录酶。此酶既有 RNA模板功能又有逆转录功能，它可延长端 粒的DNA，为DNA聚合酶复制染色体长度而 不丢失末端部分提供一个平台，保障了 DNA复制的完整性。
端粒酶结构示意图
端粒酶
绍斯塔克与布莱克本等的研究还证实，端 粒的逐渐缩短或端粒酶RNA发生突变造成端 粒缩短，均能造成细胞生长衰退并逐渐停 止分裂。以上的研究揭示了“海弗列克极 限”即人体细胞只能进行大约60次的分裂， 端粒酶，他们最终 能够阻止细胞死亡，从而延缓衰老。因为 端粒酶可以合成端粒，在端粒受损时能把 端粒修复延长，可以让端粒不会因细胞分 裂而有所损耗，使得细胞分裂的次数增加， 端粒酶让人类看到了长生不老的曙光。
端粒与端粒酶PPT精选文档
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。
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一、端粒与端粒酶的发现
1984年，伊丽莎白在试验中发现了一 个有趣的现象：不论是四膜虫还是酵 母自身的端粒序列都可以在酵母中被 保护和延伸。而带着四膜虫端粒DNA 的人工染色体进入到酵母后，复制后 被加上的是酵母端粒序列而非四膜虫 的端粒序列。
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三、端粒酶的结构与功能
目前认为端粒酶主要由3个部分构成，即端粒 酶 RNA(telomerase RNA，TR)、端粒酶相关蛋 白质(telomerase — associated protein， TP1/ TP2) 和端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase，TERT)。
长寿梦想的“天梯”
——端粒与端粒酶
主人：杨长友
重庆师范大学生命科学学院 生物化学与分子生物学专业
1
2009年诺贝尔生理学或医学奖
贡献：揭示了 “how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase” (染色体是如 何被端粒和端粒酶保护的)。
9
一、端粒与端粒酶的发现
实验过程大致如下： 1、将底物寡聚核苷酸（端粒DNA、随机序列 DNA）进行放射性标记； 2、将高浓度的寡聚核苷酸底物与高浓度的四 膜虫细胞裂解液一起孵育； 3、通过放射性标记的核苷酸来检测体外端粒 序列的合成。
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一、端粒与端粒酶的发现
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。
[课件]端粒酶及它的PPT
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端粒酶与衰老的关系
2010年11月28日发表于《自然》杂志的实 验
实验证明
使小鼠缺小鼠出现 乏端粒酶 早发性
.
衰老
恢复 端粒酶
小鼠 恢复 恢复健康
端粒酶
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concepts
1 2 3 4 端粒简介 端粒酶及其作用机制 端粒酶与衰老 端粒酶与癌变You company slogan
1 端粒简介
1.1端粒概念
真核生物染色体的线型DNA复制时，最后一个冈 崎片段的引物被除去后，其末端的序列如何维持 ？真核细胞以另一类机制来保证染色体线型DNA 末端的完整性。 端粒结构位于真核生物染色体的末端，在维持基 因组完整性和功能稳定性方面具有重要的作用。
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端粒与衰老的关系
衰老机制 机制仍然不是很清楚：一种可能性就是端粒缩短引发细胞周期的滞留 以及细胞凋亡，从而减少细胞数目，引起组织异常；另一种可能就是 端粒的缩短会破坏干细胞对于组织的再生，从而引发器官障碍。 端粒长度，结构及功能依赖端粒酶活性的调节是细胞衰老的重要机制 。
经研究表明大多数正常细胞端粒较长，端粒酶阴 性，而大多数永生化细胞端粒较短，端粒酶阳性 ，因此端粒长度与端粒酶活性可能呈负相关，端 粒酶表达呈阴性的细胞的端粒缩短、细胞衰老， 而端粒酶表达呈阳性的细胞的端粒伸长，细胞永 生化。
端粒与端粒酶PPT2.
克隆动物端粒长度的研究
体细胞核移植作为一种有效的无性生殖手段， 在基础研究、组织再生和挽救濒危动物方面有着 巨大的应用力，因此越来越多的受到人们的关注。 目前，在克隆动物端粒长度的研究中，研究 者们比较感兴趣的问题主要有：1、体细胞核移植 生产的克隆动物分娩常会出现各种缺陷，这是否 与端粒长度变化造成发育畸形、 衰老和疾病有关？ 2、克隆动物的端粒在重构胚(胚胎早期)是否或如 何被修复； 3、端粒长度是否会恢复到正常。
五、端粒与端粒酶的研究现状
端粒检测
Telome Health公司 由端粒研究先驱卡尔 文· B· 哈利（Calvin B. Harley）与伊丽莎白· 布 莱克本 ( Elizabeth H. Blackburn)于2010年1月 共同创立。 Life Length公司 由西班牙国立研究中心端粒 与端粒酶研究的负责人玛利亚· A· 布拉斯科 （Maria A. Blasco）在2010年9月创立。
端粒的位置
一、端粒与端粒酶的发现
• 1978 年伊丽莎白通过体外 DNA 复制实验，推断出模 式生物四膜虫（Tetrahymena thermophila）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。
端粒和端粒酶分析解析ppt课件
端粒酶延长端粒的模式
端粒酶可结合到3’末端上，RNA模板5’端识别DNA 的3’端并相互配对，以RNA链为模板使DNA链延伸 合成一个重复单位后在跳跃到（也可以连续移动）另 一个单位；3’端单链又可回折作为引物合成相应的 互补链。
其活性只需dGTP和dTTP，组装时需要DNA聚合酶的 参与。
端粒的长度不取决于端粒酶，而是由其他结合于端粒 酶的蛋白决定。
小结
除端粒的功能外，端粒的发现过程也带给我们很多启 示，首先，科学工作者不能将自己的思路禁锢在自己相对 较窄的研究领域，与不同领域的人多加交流，换角度思考 问题都会使人的思想更为开阔。 其次，在进行高风险、高回报研究时要勇于设想、敢于 实践。 再则，对新鲜有趣的事物要积极探究真相，即便最初可 能看不到它的利用价值。因为人类了解世界的过程就像盲 人摸象，人们最先看到的往往是零散无序的事物，但在这 种零散的背后，却是环环相扣、密不可分的真实世界。
前言
端粒是染色体末端由重复DNA序列和相关 蛋白组成的一种特殊结构，具有稳定染色体结 构及完整性的功能，会随染色体复制与细胞分 裂而缩短。端粒酶是一种核糖核蛋白，能以自 身RNA模板合成端粒DNA，为细胞持续分裂提 供遗传基础。由于端粒和端粒酶与细胞衰老、 肿瘤发生等现象密切相关，所以它也成为了科 学家们当前的研究热点。
生命钟说
人体细胞中端粒酶合成和延长端粒的作用是在 胚系细胞中完成的，当胚胎发育完成以后，端 粒酶活性就被抑制。即在胚胎发育时期获得的 端粒，应已足够维系人体的整个生命过程中因 细胞分裂所致的端粒缩短。
所以， 当人体出生以后，染色体端粒就象是一 个伴随着细胞分裂繁殖的“生命之钟”，它历 数着细胞可分裂的次数同时也见证了细胞由旺 盛地生长繁殖到走向衰老死亡的整个生命历 程。”
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四膜虫： 端粒DNA是由简单重复序列组成的一段核酸。
端粒以GT富集的形式延伸在CA富集链上。G 尾部由于CA富集链的有限降解而产生。
研究发现，端粒DNA序列既有高度的保守性， 如原生动物、真菌、高等植物及高等动物中期 序列都很相似，又具有种属特异性，如四膜虫 重复序列为GGGGTT,草履虫为TTGGGG,人类 和哺乳动物为TTAGGG.
2009年诺贝尔生理学或医学奖
伊丽莎白-布莱克本 卡萝尔-格雷德 杰克-绍斯塔克
端粒与端粒酶是当今生物学研究的热点。
端粒是位于真核细胞染色体末端的核酸－蛋白复 合体,其功能在于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RNA为模 板合成端粒的重复序列,以维持端粒长度的稳定性。
几乎所有生物的端粒 重复序列可以写成： Gn(Ａ/Ｔ)m的形式。
人的端粒重复序列为 TTAGGG
端粒的结构
端粒DNA由两条互相配对的DNA 单链组成, 其 双 链 部 分 通 过 与 端 粒 结 合 蛋 白 质 TRF1 和 TRF2 结合共同组成t环(t loops)。这种t 环特殊 结构可维持染色体末端的稳定,保持染色体及其 内部基因的完整性,从而使遗传物质得以完整复 制。缺少端粒的染色体不能稳定存在。
两名遗传学家Muller和Mcclintock分别在不同的实 验室用不同的生物做实验发现，染色体末端结构对 保持染色体的稳定十分重要，Muller将这一结构命 名为端粒（telomere）,这是由希腊语“末端” （telos）及“部分”（meros）组成的.
直到1985年Greider等从四膜虫中真正证实了端粒 的结构为极简单的6个核苷酸序列的多次重复，以 后又发现了端粒酶(telomerase TRAP-eze) 。
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端粒酶激活剂与抑制剂的研究前景
01
02
03
端粒酶激活剂
研究寻找能够激活端粒酶 的药物或化合物，为肿瘤 治疗提供新策略。
端粒酶抑制剂
开发高效、特异的端粒酶 抑制剂，用于抑制肿瘤细 胞增殖和诱导细胞凋亡。
联合治疗
研究端粒酶激活剂和抑制 剂的联合应用，以实现更 有效的肿瘤治疗。
端粒长度作为疾病预测指标的前景
疾病风险预测
通过检测个体端粒长度， 预测患某些疾病的风险， 如心血管疾病、癌症等。
个体化医疗
根据个体端粒长度情况， 制定针对性的预防和干预 措施，实现个体化医疗。
临床应用价值
进一步验证端粒长度作为 疾病预测指标的临床应用 价值，提高预测准确率。
THANKS
感谢观看
04
端粒与端粒酶的未来展望
端粒与端粒酶在医学领域的应用前景
抗衰老药物研发
利用端粒和端粒酶活性调节机制， 开发抗衰老药物，延长人类寿命。
肿瘤治疗
通过抑制或激活端粒酶活性，实现 肿瘤细胞的增殖控制或诱导肿瘤细 胞凋亡，为肿瘤治疗提供新途径。
遗传性疾病治疗
针对一些与端粒和端粒酶相关的遗 传性疾病，如骨髓衰竭综合征等， 通过基因治疗或干细胞移植等方法 进行治疗。
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• 端粒与端粒酶简介 • 端粒与端粒酶的生物学意义 • 端粒与端粒酶的研究进展 • 端粒与端粒酶的未来展望
01
端粒与端粒酶简介
端粒的结构与功能
端粒的结构
端粒是染色体末端的特殊结构，由DNA序列和蛋白质组成，具有保护染色体和 维持基因稳定性的作用。
端粒的功能
端粒的主要功能是防止染色体融合和降解，保护染色体结构的完整性和稳定性， 同时参与细胞分裂和复制过程中的DNA损伤修复。
诺贝尔奖生理学或医学奖端粒与端粒酶ppt课件
1977年在康奈尔大学 获得博士学位。师从中 国工程学院外籍院士吴 瑞教授
目前是马萨诸塞综合
医院遗传学教授，并同
时任职于美国霍华德·休
斯医学研究所
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2.获奖者
卡萝尔·格雷德 (Carol reider)
➢1961年出生在美国加利 福尼亚州，
➢1987年获得博士学位， 其导师正是伊丽莎白·布 莱克本，之后曾在美国科 尔德斯普林实验室从事博 士后研究
2009年 诺贝尔生理 学或医学获奖 美国
科学家
英国伦敦
卡萝尔·格雷德 (Carol Greider)
杰克·绍斯塔克
(Jack Szostak)
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2.获奖者
伊丽莎白·布莱克本 (Elizabeth Blackburn)
Ӂ 1948年出生于澳大利亚，拥 有美国和澳大利亚双重国籍。 Ӂ 1975年拿到英国剑桥大学博 士学位。
绍斯塔克与布莱克波恩携手 成功组装出两端为CCCCAA序 列的微型染色体。当这些微型
染色体注入到酵母细胞中后, 在细胞分裂时,这种CCCCAA的
DNA序列在复制时对染色体 起到了保护作用,他们首次 将这些遗传保护帽命名为
“端粒 ”(Telomere）
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绍斯塔克进而对酵 母端粒的结构进行 研究,发现酵母与四 膜虫的端粒结构非 常相似,而端粒片段 长度的不同反映了 染色体中DNA数量 的差别。
➢1997年起开始担任约翰 斯·霍普金斯大学医学院 教授
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3.获奖成果— 端粒的发现
赫尔曼·马勒和芭芭拉·麦克林托克发现染色体
1930 末端的一个特殊结构他们认为该结构可以阻止
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端粒酶的结构
端粒酶
是端粒复制所必须的一种特殊的DNA 聚合酶
具有逆转录酶活性 能以hTR为模板，向染色体末端添加
TTAGGG序列
端粒酶作用模式
端粒酶作用模式
端粒酶延伸端粒的机制
端粒酶
在大多数的正常人的体细胞中没有活性 近年来的研究发现：
衰老者端粒缩短 大约在85%-95%的肿瘤细胞中检测到了端粒
端粒下区 subtelomeric region 与端粒DNA相邻，由一 些退化的端粒DNA片断 的重复组成
端粒DNA序列
人的端粒DNA序列
长约5～15kb 序列：（TTAGGG）n ，串联重复
不同生物端粒DNA长度
酵母 尖毛虫 小鼠 大鼠
200 — 400 bp 20 bp 5 — 80 kb 150 kb
如果细胞要维持其正常分裂，就必须激活端 粒酶，阻止端粒的进一步丢失
否则，细胞不能进行染色体的正常复制 只有重新获得端粒酶活性的细胞，才能继续
生存下去 无法激活端粒酶的细胞（即无法阻止端粒进
一步丢失），只能面临趋向衰老
端粒丢失与衰老关系
端粒丢失是衰老的原因？还是结果？ 目前的研究结果还处在探索阶段，各
衰老端粒/端粒酶 癌症
衰老可能是由端粒的缩短所致， 激活端 粒酶似乎可以阻止衰老
可是，端粒酶一旦被重新激活，细胞又 将成为永生化细胞，继而衍变为癌细胞
如何能恰当、正确的发挥端粒/端粒酶在 解决衰老与癌症中的作用？ 生命科学领域一个极具挑战性的课题
端粒抑制剂的研究
Colorado大学的Thomas Cech 和Robert Weinbrg博士：
已克隆出一种控制人类细胞端粒酶活性的基因
应用这种基因，很有可能得到一种新的蛋白 质——端粒酶控制剂
目前，端粒酶控制剂直接用于人体试验还尚 不成熟，但为人类征服癌症以及其它的同衰 老有关疾病的治疗指了方向
抑制端粒酶活性为靶点的肿瘤 治疗研究 主要策略有：
① 阻断端粒酶RNA的模板作用 ② 抑制端粒酶催化蛋白亚基 ③ 核苷类似物竞争性抑制反转录过程 ④ 细胞分化诱导剂抑制端粒酶活性 ⑤ 对细胞内调节机制进行调控 ⑥ 其它抑制剂对端粒酶活性的调节
种关于端粒/端粒酶参与细胞增殖与 转化的证据大多比较粗浅，而且，尚 未被证实
端粒、端粒酶与癌症
研究染色体在肿瘤形成中的变化，发现：
人恶性肿瘤细胞：均呈现端粒酶活性 正常体细胞：检测不到端粒酶活性
统计资料表明：
84.8%的恶性肿瘤具有活化状态的端粒酶， 仅在4.2%的正常组织、癌旁组织和良性肿瘤中
端粒酶呈阳性
提示：端粒酶活性的变化与细胞恶化有关
端粒酶活性升高 可能引起癌症
对癌细胞的研究发现：
永生化是癌细胞所具有的显著行为 端粒酶被激活的细胞也具有永生化行为 癌细胞具有端粒酶被激活的细胞所具备的
特性 抑制端粒酶活性，使永生化细胞转变为正
常细胞
癌细胞通过分泌大量端粒酶来防止染色 体端粒缩短，以便不断分裂繁殖
长及肿瘤发生中有非常重要的意义，现正成为 一个研究的热点
端粒酶
一种核糖蛋白酶，有三个主要组成部分
人端粒酶RNA（human telomerase RNA， hTR）
端粒酶相关蛋白（telomerase-associated protein，TP1/TLP1）
人端粒酶催化蛋白亚单位（the catalytic protein subunit of telomerase，hTERT）
目前结论：
细胞内端粒酶活性的缺失，导致：端粒缩短 端粒一旦缩短到短于某个 “关键长度” ，就
很有可能导致：染色体双链断裂，并激活细 胞自身的检验系统，使细胞进入M1期死亡状 态 随着端粒的进一步丢失，发生染色体重排， 导致：无着丝粒染色体和非整倍体染色体的 形成等，使细胞进入M2期死亡状态
目前结论（续）：
酶活性（端粒酶阳性）
提示：
端粒、端粒酶与癌症之间存在相关性？？？ 端粒、端粒酶与衰老之间存在相关性？？？ 端粒酶激活可能是细胞癌变（或永生化）的一
个共同通路
端粒与衰老
1973年， Olovnikov博士，首次提 出： ——端粒丢失同衰老有关
端粒的丢失很可能是因为某种与端粒 相关的基因发生了致死性的缺失
端粒与端粒酶
telomere and telomerase
端粒的发现
1970’，EH.Blackburn 利用四膜虫
（Tetrahymena）揭示了端粒的初
步结构
由几个核苷酸组成的 DNA 重复片段， 富含G
（TTGGGG）n，重复的次数由几十到 数千不等
分裂中期染色体结构 —— 端粒
端粒酶的发现
72年，JD.Watson发现： DNA 聚合酶不能够完整地复制线性染色质 5’末端的引物脱落后，DNA聚合酶不能完成最后 的复制，留下一个单链的间隙
如果这一间隙不能够被填充，染色体DNA将失去这 一DNA片断
每经过一次复制、分裂，染色体就将丢失一部分的 端粒结构，影响到与端粒相邻的一些重要基因
端粒酶缺乏同样会引起癌症
美国哈佛医学院的科学家：对实验鼠进 行了基因改造，使其体内缺乏端粒酶以 及一些抗癌蛋白质（p53），结果发现， 实验鼠患上了鼠类通常不会患的人类癌 症——器官上皮细胞癌
研究表明：端粒酶缺乏同样会引起癌症
Hale Waihona Puke Hiyama等人（1995），研究了 100例成纤维神经细胞瘤，发现：
科学家们考虑：可能存在着一种不同于DNA 聚合酶 的酶来完成单链间隙的复制
示 意 图
端粒酶的发现
1984，CW.Greider和EH.Blackburn发现： 将一段单链的末端寡聚核苷酸加至四膜虫的提 取物中后，端粒的长度延长了，这就说明了切 实有这样的一种酶存在
将它命名为：“端粒酶”（telomerase） 进一步的研究揭示了端粒与端粒酶在细胞的生
有端粒酶活性表达的肿瘤组织占94% 端粒酶活性越高的组织越容易伴有其它遗传
学变化，并且预后不良
低端粒酶活性的肿瘤组织中未见有相应的变 化，且都预后良好
甚至有3例处于IVS阶段的无端粒酶活性的病 例竟出现了肿瘤消退的现象
这似乎说明：端粒酶同癌症之间存在着相关 性，但是否是因果关系，还很难定论