分子肿瘤学6

研究显示染色体端粒(telomere) 研究显示染色体端粒(telomere) , 端粒酶(telomerase) 端粒酶(telomerase)与动物及人类的衰 老,恶性肿瘤发生有高度相关性,成为发 恶性肿瘤发生有高度相关性, 育生物学, 育生物学,分子肿瘤学等众多学科关注的 焦点.人们期望能从中寻找出抗细胞衰老 焦点. 和治疗肿瘤的新途径. 和治疗肿瘤的新途径.
端粒酶活性的调控:
端粒酶活性的内在调节
端粒酶在正常人体细胞的失活与在恶性肿瘤细胞中的 高表达, 高表达,说明体内端粒酶调控机制的存在 端 粒 重 复 结 合 因 子 ( telomeric repeat binding factor,TRF)1 是与端粒特异结合的蛋白质, factor,TRF)1 和 2 是与端粒特异结合的蛋白质 , 其中 TRF1是端粒长度的负向调控因子, TRF1 是端粒长度的负向调控因子 , 其通过阻碍端粒酶 与端粒的结合而发挥作用, TRF2是端粒的保护因子. 与端粒的结合而发挥作用 , 而 TRF2 是端粒的保护因子 . 端锚酶(tankyrase,TRF1 interactin)是一种DNA核糖 是一种DNA 端锚酶(tankyrase,TRF1-interactin)是一种DNA核糖 聚合酶, 可与TRF 结合,把与端粒结合的TRF 聚合酶 , 可与 TRF1 结合 , 把与端粒结合的 TRF1 从端粒 TRF1 TRF1 上移开, 上移开,从而使端粒酶发挥作用 端粒酶的活性调控还与细胞周期,细胞分化进程, 端粒酶的活性调控还与细胞周期 , 细胞分化进程 , 细 胞中蛋白磷酸化反应,凋亡调控基因如bcl bcl胞中蛋白磷酸化反应 , 凋亡调控基因如 bcl-2 , c-myc 等的调控有关. 等的调控有关 . 雌 , 孕激素的水平的变化也参与了调 号染色体上可能存在端粒酶的抑制基因, 节.人3号染色体上可能存在端粒酶的抑制基因,当将 号染色体导入肾癌细胞株, 人3号染色体导入肾癌细胞株,则出现细胞端粒酶活性 丧失,细胞失去无限制生长能力. 丧失,细胞失去无限制生长能力.
真核生物的染色体 DNA末端复制 DNA末端复制
1985年Blackburn实验室在四膜虫中发现并纯化了一种 1985年Blackburn实验室在四膜虫中发现并纯化了一种 RNA和蛋白质组成的核糖核酸蛋白酶 和蛋白质组成的核糖核酸蛋白酶, 由RNA和蛋白质组成的核糖核酸蛋白酶, 它能以自身的RNA为模板, RNA为模板 它能以自身的RNA为模板, 通过另一组分即依赖于RNA DNA多聚酶的活性在染色 RNA的 通过另一组分即依赖于 RNA 的 DNA 多聚酶的活性在染色 体末端添加端粒重复顺序, 体末端添加端粒重复顺序, 当合成完毕时,该酶向远处易位, 当合成完毕时 , 该酶向远处易位 , 再继续合成新的重 复序列 延长的末端可以形成回文结构, 延长的末端可以形成回文结构 , 使得合成新链折回补 端缺失, 达到末端的完全复制, 齐 5' 端缺失 , 达到末端的完全复制 , 这就是真核生物 的末端复制机制. 的末端复制机制. 这种酶被称为端粒酶 端粒酶. 这种酶被称为端粒酶.
端粒酶活性的检测: 端粒酶活性的检测:
目前常用的检测方法有:同位素法,染色法, 目前常用的检测方法有:同位素法,染色法, 荧光法, ELISA法 荧光法 , ELISA 法 , 也有报道用原位杂交方法检 测石蜡标本的端粒酶基因表达获得与生化活性测 定相一致的结果. 定相一致的结果. 端 粒 重 复 序 列 扩 增 法 ( telomere repeat protocol,TRAP)是将端粒延伸与 amplification protocol,TRAP)是将端粒延伸与 PCR结合起来的方法 在此基础上又发展了TRAP 结合起来的方法, TRAPPCR结合起来的方法,在此基础上又发展了TRAPELISA法等 ELISA法等
三.端粒酶的结构,功能及 端粒酶的结构, 活性调控与检测
1,端Leabharlann Baidu酶的结构与功能
端粒酶是一种自身携带模板的反转录酶, 端粒酶是一种自身携带模板的反转录酶,在结 构上是一种核糖核蛋白( 构上是一种核糖核蛋白 ( nuclear ribonuclear protein,RNP)复合物 复合物, RNA和蛋白质亚基组成 和蛋白质亚基组成. protein,RNP)复合物,由 RNA和蛋白质亚基组成. 端粒酶的RNA 是合成端粒DNA的模板, DNA的模板 端粒酶的RNA 是合成端粒DNA的模板,人端粒酶 RNA组分基因于1995年克隆 命名为hTR RNA组分基因于1995年克隆,命名为hTR基因定位 组分基因于1995年克隆, hTR基因定位 于 三 号 染 色 体 , 约 含 450 个 碱 基 , 包 含 (CUAACCCUAAC)3 11个碱基的模板序列 个碱基的模板序列, 5(CUAACCCUAAC)3 具 11 个碱基的模板序列 , 每次 TTAGGG互补而特异地合成人染色体端粒 与 1.5 个 TTAGGG 互补而特异地合成人染色体端粒 DNA. hTR基因在所有体细胞中都有表达 基因在所有体细胞中都有表达, 的 DNA . hTR 基因在所有体细胞中都有表达 , 因 hTR的表达不能说明端粒酶活性 的表达不能说明端粒酶活性. 而hTR的表达不能说明端粒酶活性.
一,端粒,端粒酶的发现与染色体 端粒, 的末端复制机制
端粒(telomere)是真核生物染色体的 端粒(telomere) 天然末端,是细胞必需的遗传组分, 天然末端,是细胞必需的遗传组分,因 为它能够补偿染色体末端遗传信息的丢 失. 早在1938年Muler用X射线处理果蝇,观 早在1938 Muler用 射线处理果蝇, 1938年 察和分析因射线辐射引起的染色体重组 的频率和类型时, 的频率和类型时,发现染色体末端很少 有缺失与倒位现象发生, 有缺失与倒位现象发生,便推断在染色 体的两端一定存在一种特殊的结构并将 它称之为端粒. 它称之为端粒.
自然界中不同的生物有着各自巧妙的 策略"来解决DNA末端复制的难题. DNA末端复制的难题 "策略"来解决DNA末端复制的难题. 原核生物有的将自已的DNA环化, DNA环化 原核生物有的将自已的DNA环化,新链的 OH端继续向前延伸 端继续向前延伸, 3'-OH端继续向前延伸,这样一来便可补 RNA引物被消除后所留下的空缺 引物被消除后所留下的空缺. 上RNA引物被消除后所留下的空缺. 有的通过形成多连体来达到完全复制. 有的通过形成多连体来达到完全复制.
分子肿瘤学
第七节
端粒,端粒酶与肿瘤 端粒,
细胞是有寿命的.细胞学家Hayflick发现, 细胞是有寿命的.细胞学家Hayflick发现, Hayflick发现 培养人体的成纤维细胞,在营养充分供给的情况 培养人体的成纤维细胞, 细胞分裂到50代左右就停止活动了, 50代左右就停止活动了 下,细胞分裂到50代左右就停止活动了,真正地 进入衰老期, 进入衰老期,这一发现似乎告诉人们在细胞内有 一口衰老钟或细胞分裂钟( clock), 一口衰老钟或细胞分裂钟(mitotic clock),这 限定了细胞分裂的次数,也就限定了生物的寿命. 限定了细胞分裂的次数,也就限定了生物的寿命. 肿瘤细胞为什么具有永生的特性,它为什么 肿瘤细胞为什么具有永生的特性, 可以不受限制的增殖? 可以不受限制的增殖?
二.端粒的结构,功能与 端粒的结构, 长度调节机制
1,端粒的结构
端粒由规则或不规则的双链重复序列和最末端 的一条富含G 的一条富含G的单链重复序列及端粒结合蛋白 组成. 组成. 端粒结合蛋白分为两类: 端粒结合蛋白分为两类: 端粒单链结合蛋白和端粒双链结合蛋白. 端粒单链结合蛋白和端粒双链结合蛋白. 前者在端粒末端提供帽状结构以稳定端粒; 前者在端粒末端提供帽状结构以稳定端粒; 后者可能直接参与端粒长度平衡的维持, 后者可能直接参与端粒长度平衡的维持,是端 粒延伸的负调节因子. 粒延伸的负调节因子. 对于一个特定的真核生物物种, 对于一个特定的真核生物物种,它一定具 有其特征性的端粒DNA序列和平均长度. DNA序列和平均长度 有其特征性的端粒DNA序列和平均长度.研究 结果表明,人类的端粒序列为[TTAGGG]n,约 结果表明,人类的端粒序列为[TTAGGG] 20kb. 5 20kb.
在复制过程中 , 染色体末端的碱基对会 在复制过程中, 缓慢地丢失, 随着每一次的细胞分裂, 缓慢地丢失 , 随着每一次的细胞分裂 , 染色体末端将丢失50 200个端粒核苷酸 个端粒核苷酸, 染色体末端将丢失 50~200 个端粒核苷酸 , 所以在连续分裂中, 所以在连续分裂中 , 染色体产生进行性 缩短, 缩短 , 致使末端功能丧失和染色体不稳 最终导致细胞衰老和死亡. 定,最终导致细胞衰老和死亡. Watton 在 1972 年提出了染色体末端复制 Watton在 1972年提出了染色体末端复制 问题. 问题.
一些具线性DNA 的病毒, 在长期的进化过程中, 一些具线性 DNA 的病毒 , 在长期的进化过程中 , DNA的病毒 也恰当地选择了自已的末端复制策略. 也恰当地选择了自已的末端复制策略. 如细小病毒( pariovirns) 在单股DNA DNA末端有 如细小病毒 ( pariovirns ) 在单股 DNA 末端有 一个正向的反向的重复序列, 一个正向的反向的重复序列,这一回文片段能 在末端形成发卡形结构, 在末端形成发卡形结构,使得合成新链折回补 端缺失. 齐5'端缺失. 腺病毒则有一种特殊的蛋白质与5 端共价连接, 腺病毒则有一种特殊的蛋白质与 5'端共价连接, 并可作为腺病毒DNA复制的起始引物. DNA复制的起始引物 并可作为腺病毒DNA复制的起始引物.
其主要功能在于合成染色体端粒的重复序列, 其主要功能在于合成染色体端粒的重复序列, 以维持端粒长度的稳定性, 以维持端粒长度的稳定性,端粒酶也能使断裂 染色体在原位形成端粒. 染色体在原位形成端粒.
2,端粒酶的活性,检测与调控 端粒酶的活性,
端粒酶的活性: 端粒酶的活性:
不同的细胞, 不同的细胞,同一细胞的不同状态及某些物质 的协同作用都可影响到端粒酶的活性. 的协同作用都可影响到端粒酶的活性. 对人体正常组织, 对人体正常组织,多种良性病变及恶性肿瘤组 织端粒酶活性进行检测, 织端粒酶活性进行检测,发现细胞分裂能力较 分裂较快的组织端粒酶活性较高. 强,分裂较快的组织端粒酶活性较高. 胎儿时期的端粒酶有较高的活性, 胎儿时期的端粒酶有较高的活性,但在出生后 不久, 不久,除生殖细胞和干细胞等少数细胞显弱端 粒酶活性外,端粒酶多处于失活状态. 粒酶活性外,端粒酶多处于失活状态. 绝大多数恶性肿瘤组织均显示明显的端粒酶活 性.
3,端粒长度的调节机制 改变端粒结构会导致端粒酶活性失常 , 改变端粒结构会导致端粒酶活性失常, 从而控制端粒的长度 而DNA的不完全复制,端粒的加工和端粒 DNA的不完全复制 的不完全复制, 的重组, 的重组,则会引起端粒的缩短
端粒的延伸与无限增殖化细胞端粒长度 维持机制有关: 维持机制有关: 端粒酶阳性途径(telomerase①端粒酶阳性途径(telomerasepathway), ),这类细胞端粒酶 positive pathway),这类细胞端粒酶 呈阳性,端粒短. 呈阳性,端粒短. 端粒酶阴性途径(telomerase②端粒酶阴性途径(telomerasenegative pathway),这类细胞端粒酶 pathway),这类细胞端粒酶 ), 阴性,其端粒并不缩短. 阴性,其端粒并不缩短.
2,端粒的功能
端粒的功能主要在于维持染色体的稳定性, 端粒的功能主要在于维持染色体的稳定性,此 还参与核中的一系列活动. 外,还参与核中的一系列活动. 染色体定位,转录抑制,异染色质形成, 如:染色体定位,转录抑制,异染色质形成, 起细胞有丝分裂钟的作用,介导染色体复制, 起细胞有丝分裂钟的作用,介导染色体复制, 引导减数分裂时的同源染色体配对等. 引导减数分裂时的同源染色体配对等.