(优选)端粒与端粒酶
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（优选）端粒与端粒酶
端粒的发现
1930 年 ， 著 名 的 遗 传 学 家 B.Mcclintock 和 HJ.Müller发现：染色体的末端可维持染色体的稳 定性；
Müller将它定义为“telomere”，这是由希腊语 “末端”（telos）及“部分”（meros）组成的；
染色体失去了这些片段，就会互相粘连到一块， 发生结构及功能上的改变，从而影响到细胞的分 裂与生长。
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。
端粒酶的爬行模型（动画演示）
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：
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。
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。
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。
端粒的发现
1970 年 ， 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
目前结论（续）：
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，各种关
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。
Hiyama等人（1995），研究了100 例成纤维神经细胞瘤，发现：
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
端粒酶的发现
1972年，JD.Watson发现：
DNA 聚合酶不能够完整地复制线性染色质；
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。
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；
衰老者端粒缩短； 大约在85%-95%的肿瘤细胞中检测到了端粒
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）
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；
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。
端粒的发现
1930 年 ， 著 名 的 遗 传 学 家 B.Mcclintock 和 HJ.Müller发现：染色体的末端可维持染色体的稳 定性；
Müller将它定义为“telomere”，这是由希腊语 “末端”（telos）及“部分”（meros）组成的；
染色体失去了这些片段，就会互相粘连到一块， 发生结构及功能上的改变，从而影响到细胞的分 裂与生长。
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。
端粒酶的爬行模型（动画演示）
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：
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。
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。
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。
端粒的发现
1970 年 ， 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
目前结论（续）：
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，各种关
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。
Hiyama等人（1995），研究了100 例成纤维神经细胞瘤，发现：
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
端粒酶的发现
1972年，JD.Watson发现：
DNA 聚合酶不能够完整地复制线性染色质；
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。
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；
衰老者端粒缩短； 大约在85%-95%的肿瘤细胞中检测到了端粒
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）
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；
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。