端粒和端粒酶培训课件

端粒
细胞分裂
细胞分裂
细胞将停止分裂而趋于老化
端粒和端粒酶
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端粒：是真核细胞线性染色体末端特殊结构。
由端粒DNA和端粒相关蛋白组成。
端粒DNA：为不含功能基因的简单、高度重复序列,
在生物进化过程中具有高度保守性。
不同物种的端粒DNA 序列存在差异。
人类及其它脊椎动物染色体端粒的结构是
5′TTAGGG3′的重复序列, 长约15kb。体细胞的端粒有
限长度（telomere restriction fragments TRFS）大多数
明显短于生殖细胞，青年人的TRFs又显著长于年长 者，提示TRFs随着细胞分裂或衰老，在不断变短， 主要是由于DNA聚合酶不能完成复制成线性DNA末
端所致。
端粒和端粒酶
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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。
端粒
重复的CCCCAA链 3‘
重复的GGGGTT链
5‘
5’-CCCCAAOHCCCAACCCCAACCCCAAOHCCCAA-----3’
3’-GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT------5’
端粒末端回折结构
端粒和端粒酶
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二、端粒酶的结构与功能
在端粒被发现以前，人们就推测生殖细胞之所 以能世代相传，其中可能存在一种维持端粒长度的 特殊机制，体细胞可能正是由于缺乏这种机制，它 的染色体末端才面临着致死性缺失（deletion）的危 险。因此在正常人体细胞间永生化细胞 （immortalized cells）及肿瘤细胞的转化过程中可 能也存在着与生殖细胞类似的机制。这些细胞怎样 保持细胞具有继续分裂或长期分裂的能力呢？科学 家们发现端粒确实随着每次分裂而缩短，但也会被 新合成的端粒片断再延长。科学家们怀疑，可能尚 有末被发现的酶，该酶具有标准的DNA多聚酶所不 具备的功能，能使已缩短的端粒延长，使科学家们 兴奋的是到1984年首先在四膜虫中证实了这种能使 端粒延长的酶—端粒酶的存在。
染色体
对外: 抵御核酸酶等外界 因素的袭击
对内: 染色体DNA的 末端复制问题
端粒和端粒酶
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端粒的结构特点
GT链的5’ 3’总是指向染色体的末端。 重复次数不保守。 链区内有缺口即游离的3’-端羟基存在。 DNA的最末端不能进行末端标记，推测
其分子是一个回折结构。
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端粒 染色体DNA
CAACCCCAA
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人类TERT（hTERT）基因为一单拷贝基因,定位于5p15. 33 , 具有7个保守序列结构域单元和端粒酶特异性结构域单元T。 破坏TERT 将消除端粒酶活性并致端粒缩短。
端粒酶逆转录酶（TERT ）
端粒酶RNA(hTR)
端粒酶RNA是第一个被克隆的端粒酶
组分。端粒酶RNA含有与同源端粒DNA
端粒和端粒酶
早在30年代，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）。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TTAGGG序
缩短，这个缩短的端粒再传给子细胞后， 随细胞的再次分裂进一步缩短。随着每次 细胞分裂，染色体末端逐渐缩短，直至细 胞衰老。人类体细胞遵循这个规则从细胞 出生到衰老，单细胞生物遵循这个规则分 裂后定有其它机制保持单细胞生物传代存 活，生殖细胞亦如此。
端粒和端Biblioteka Baidu酶
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端粒长短与细胞生命历程密切相关
端粒
染色体
列的多次重复后发现了端粒酶 (telomerase TRAP-eze) 。
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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。
端粒DNA复制的特点是在每次DNA 复制中， 每条染色体的3'端均有一段DNA无法得到复制， 随着细胞每次分裂，染色体3'一末端将持续丧失 50-200bp的DNA，因而细胞分裂具有一定的限度， 即分裂寿命。所以端粒的长度可作为细胞的“分 裂时钟”，反映细胞分裂能力。
端粒和端粒酶
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真核细胞染色体末端会随着细胞分裂而
序列TTAGGG的互补序列,核糖核酸酶H
切割此模板区,能使体外消除端粒酶 延长端粒的功能。
端粒酶结合蛋白（TEP ）
TEP1、生存动力神经细胞基因(SMN) 产物、
hsp90 、 PinX1、 Est1p 和Est3p
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端粒酶是在染色体末端不断合成端粒序 列的酶，它可以维持端粒的长度，维持细胞 增殖潜能。端粒酶以自身RNA为模板合成端 粒酶重复序列，具有逆转录酶活性，它的活 性不依赖于DNA聚合酶，对RNA酶、蛋白酶 和高温均敏感。端粒酶活性表达能稳定端粒 的长度，抑制细胞的衰老，在生殖细胞和干 细胞中可检测到高水平的端粒酶活性。
端粒DNA与结构蛋白形成的复合物如同染色体 的一顶“帽子”，它既可保护染色体不被降解，又 避免了端粒对端融合（end-end fusion）以及染色体 的丧失，同时端粒能帮助细胞识别完整染色体和受 损染色体。在生理情况下，端粒作为细胞“分裂时 钟”能缩短，最终导致细胞脱离细胞周期。
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保护染色体结构和功能的完整性
许多研究表明,端粒、端粒酶的功能失 调将影响细胞的生物学行为，包括细胞周 期的稳定性、细胞增殖、癌变、凋亡、衰 老。
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端粒与端粒酶
一、端粒的结构与功能
1972年James Watson提出了“复制末端问 题”，复制DNA的DNA多聚酶并不能将线性染色 体末端的DNA完全复制。也就是说在线性DNA复 制时，DNA多聚酶留下染色体末端一段DNA（一 段端粒）不复制。
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㈠ 端粒酶的结构
端粒酶在结构上为一核糖核蛋白复合体,由RNA 和 结合的蛋白质组成,是RNA依赖的DNA 聚合酶。它是一种 特殊的能合成端粒DNA的酶,通过明显的模板依赖方式每 次添加一个核苷酸。
端粒酶实质上是一种特殊的逆转录酶
端粒酶RNA(hTR)
端粒酶逆转录酶（TERT）
端粒酶结合蛋白（TEP）