端粒和端粒酶与衰老、癌症的潜在关系
———2009年诺贝尔生理学或医学奖简介
孔令平① 汪华侨②
①副教授,广州医学院从化学院,广州510182;②教授,中山大学中山医学院人体解剖学与脑研究室,广州510080
关键词 端粒 端粒酶 细胞 衰老 癌症
美国科学家伊丽莎白?布莱克本、卡萝尔?格雷德和杰克?绍斯塔克三人同时获得2009年诺贝尔生理学或医学奖,这是由于他们发现“染色体是如何被端粒和端粒酶保护的”,这一研究成果揭开了人类衰老和肿瘤发生等生理病理现象的奥秘。本文将就端粒和端粒酶的发现、结构和功能及其与人类衰老、癌症的潜在关系等方面做一简要介绍。
人的生老病死,这或许是生命最为简洁的概括,但其中却蕴藏了无穷无尽的奥秘。2009年10月5日,瑞典卡罗林斯卡医学院宣布将2009年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家伊丽莎白?布莱克本(Elizabet h H.Blackburn)、卡萝尔?格雷德(Carol W.Greider)和杰克?绍斯塔克(J ack W.Szostak),以表彰他们发现“染色体是如何被端粒和端粒酶保护的”。这3位科学家的发现“解决了一个生物学重要课题,即染色体在细胞分裂过程中是怎样实现完全复制,同时还能受到保护且不发生降解”。由此可能揭开了人类衰老和罹患肿瘤等严重疾病的奥秘。
染色体是生物细胞核中的一种易被碱性染料染色的线状物质。大家都知道,正常人的体细胞有23对染色体,这对人类生命具有重要意义,其中的X和Y染色体是决定男女性别的性染色体。在染色体的末端,有一个像帽子一样的特殊结构,这就是端粒。作为染色体末端的“保护帽”,端粒具有维持染色体的相对稳固、防止DNA互相融合及重组的功能,犹如卫兵那样守护染色体不受损害。而端粒酶的作用则是帮助合成端粒,使得端粒的长度等结构得以稳定。
“染色体携有遗传信息。端粒是细胞内染色体末端的‘保护帽’,它能够保护染色体,而端粒酶在端粒受损时能够恢复其长度。”获奖者之一的伊丽莎白?布莱克本介绍说:“伴随着人的成长,端粒逐渐受到‘磨损’。于是我们会问,这是否很重要?而我们逐渐发现,这对人类而言确实很重要。”借助他们的开创性工作,如今人们知道,端粒不仅与染色体的个性特质和稳定性密切相关,而且还涉及细胞的寿命、衰老与死亡。简单讲,端粒变短,细胞就老化。相反,如果端粒酶活性很高,端粒长度就能得到保持,细胞老化就被延缓。
1端粒的发现、结构与功能
20世纪30年代,两位著名的遗传学家McClintock 和Müller等人发现,染色体的末端存在一种能稳定染色体结构和功能的特殊成分。如果缺少了此成分,染色体易降解,相互之间易发生粘连,出现结构的异常,影响染色体的正确复制,甚至引起细胞的死亡。于是Müller从希腊文的“末端”(telos)和“部分”(meros)二词为此特殊成分创造了一个全新的术语“端粒”(telomere)。但端粒的精确组成直到1978年才由美国科学家Blackburn和Gall首次提出,他们发现单细胞生物四膜虫(tetrahy2 mena)的端粒是由一连串简单重复序列T T GGGG形成的[1]。之后包括动物、植物和微生物在内的多种生物的端粒序列被测定出,发现它们与四膜虫的端粒序列极其相似,均由富含G和T的简单重复序列不断重复而成。正是这些连接在染色体末端的DNA重复序列及结合在其上的相关蛋白质共同构成了真核生物染色体的“末端保护帽”———端粒。人类细胞端粒的重复序列为T TA GGG,长度为5～15kb。不同组织细胞其端粒的长度不同,精子和早期胚胎细胞端粒长度较长,可达15～20kb。
端粒的结合或相关蛋白最重要的是人端粒重复序列结合因子(telomeric repeat factor)TRF1和TRF2,此外还包括PO T1,Ku70,Ku80,Tankyrase1,PINX1, TIN2和hRap1等。TRF1和TRF2均专一性地与端粒DNA重复序列结合。TRF1对端粒的长度起负调控作用,可以在一定程度上抑制端粒酶在端粒末端的行为;
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TRF2则可以防止染色体末端相互融合,对维持端粒的正常结构必不可少。其他相关蛋白则可与它们形成复合体,共同行使调控端粒的长度和(或)保护端粒末端结构等功能作用。
随着端粒分子组成结构的阐明,发现端粒对维护染色体的功能稳定起到不可替代的作用。它就像一个忠诚的“生命卫士”,不但保护染色体DNA免受外界不良因素的侵蚀,而且它把基因组序列包裹在内部,在复制过程中以牺牲自身而避免染色体结构基因被破坏,从而防止了遗传信息的丢失,维护了染色体结构和功能的完整。此外,端粒还参与染色体在细胞核中的定位,并对有丝分裂后期染色体的分离,减数分裂时染色体的重组和DNA双链损伤后的修复都有重要作用[2]。
2端粒酶的发现、结构与功能
真核生物DNA的复制只能沿着5’→3’方向进行,并需要有互补单链作模板,还要求有一定长度的RNA 作为引物。随着引物的切除,随从链5’末端总有一段相当于RNA引物长度的DNA不能完整复制下来,这必然导致染色体DNA随着每一次的细胞分裂其端区不断缩短,这就是Wat son于1972年提出的“末端复制问题(end replication problem)”[3]。但Larson和Spangler等在对对数生长期的四膜虫的研究中却发现其端区不见缩短,甚至还有所延长。针对这一矛盾,Blackburn和Greider等[4]认为四膜虫端区的延长不可能是DNA聚合酶作用的结果,而是另有原因。后来他们在四膜虫的细胞提取液中发现了一种酶活性成分,能往端区添加重复序列T T GGGG,当时称之为末端转移酶,这就是现在所称的端粒酶(telomerase)。
现在已知,端粒酶是一种特殊的核糖核蛋白酶复合体,具有逆转录酶活性,能够以自身的RNA为模板合成端粒DNA。人端粒酶结构主要包括3部分:端粒酶RNA (human telomerase RNA,hTR);端粒酶催化亚单位(hu2 man telomerase catalytic subunit,hTERT)和端粒相关蛋白质1(telomerase associated2protein1,TP1/TL P1)。另外,还有hSP90(heat shock protein90),p23和dyskerin等。其中hTERT和hTR是端粒酶最关键的结构。人端粒酶RNA有455个核苷酸,模板区为5’2CUAACCCUAAC23’,指导端粒重复序列(TT AGGG)的合成。hTR的结构改变或成分的丢失均会影响端粒酶的活性。hTERT为端粒酶的催化亚基,是一个包含1132个氨基酸残基的多态链,具有逆转录酶的共同结构———7个蛋白质域以及端粒酶催化亚基独特的T框架保守区域,其编码基因位于染色体5p上。h TER T是端粒酶起作用的关键结构和主要调控亚单位,它可以通过逆转录h TR模板序列,合成端粒DNA重复序列并添加到染色体末端,从而延长端粒长度。人体细胞中端粒酶合成和延长端粒的作用是在胚胎发育过程中完成的,当胚胎发育完成后,端粒酶活性在大多数组织中消失,除生殖细胞、造血干细胞及外周淋巴细胞等少数几类细胞外,绝大多数正常体细胞检测不到端粒酶活性。由此可以认为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。
对端粒酶活性的表达,hTR和hTERT两种组分缺一不可,但它们的表达调控应该是分离的。hTR在人的组织细胞中广泛表达,是一个普遍现象,而hTERT只在有端粒酶活性的细胞中(如生殖细胞、各种具有分裂增殖能力的细胞和绝大多数肿瘤细胞)表达。hTR与端粒酶活性没有平行关系,而hTERT的mRNA水平和蛋白表达水平则总是与端粒酶活性呈正相关。端粒酶活性阳性细胞中的hTERT基因突变或沉默,则细胞端粒酶活性消失;在端粒酶阴性的细胞中导入编码hTERT的基因,则可重建细胞的端粒酶活性,结果细胞的端粒增长,寿命延长,老化过程延缓,甚至出现永生化现象[5]。
3端粒、端粒酶与细胞衰老[6]
早在1965年,Hayflick经过大量反复实验首先证实了正常人成纤维细胞的分裂次数是有限的,随后发现许多其他的体细胞如表皮基底细胞、内皮细胞、淋巴细胞等都有所谓的“分裂钟”来限制它们的分裂次数,此即为Hayflick极限(Hayflick limit)[7],但其本质是什么一直未得到明确解释。直到20世纪70年代,Olovnikov等将细胞分裂终止与“末端复制问题”联系到一起,认为随着细胞分裂,端粒逐渐缩短,当缩短到失去它的缓冲作用时,细胞就发生衰老,从而将端粒与生命衰老联系起来。1991年Harley[8]提出了较完善的细胞衰老的端粒假说:人正常体细胞经过多次有丝分裂达到Hayflick极限时,端粒缩短到不能继续维持细胞分裂时,便会启动终止细胞分裂的信号,细胞周期检验点基因如p53或(和)RB表达,细胞周期阻滞,细胞进入GⅠ期和GⅡ/M 期之间的MⅠ死亡期,被称为复制性衰老(replicative senescence)。当p53或(和)RB失活时,细胞可逃脱复制性衰老而继续分裂增殖,端粒变得更短,最终端粒末端功能丧失,染色体失稳,表现出染色体断裂、重组等引起大规模的细胞死亡现象,只有极少数细胞因为激活了端粒酶活性而发生逃逸,成为永生化细胞。Blackburn[9]
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于2000年提出了端粒与细胞衰老关系的新假说:认为端粒是一个动态的由端粒DNA和端粒结合蛋白构成的核蛋白结构,存在戴帽和非戴帽两种状态。戴帽状态是端粒的功能状态,细胞可以继续分裂,非戴帽状态端粒则会引发细胞周期阻滞。在正常的细胞分裂时,端粒可以在戴帽和非戴帽两种状态间变换。随着细胞分裂的继续,越来越多的细胞端粒处于非戴帽状态,继而出现衰老、死亡。端粒若进行性缩短或细胞缺乏端粒酶活性,则难以恢复戴帽状态,但非戴帽状态的端粒可以通过激活端粒酶活性或以同源重组的途径返回到戴帽状态,继续进行细胞分裂。这一假说与Griffith等[10]提出的端粒D环2T环帽状结构相互呼应,并且与经典的端粒长度与衰老关系理论并不相悖,因为端粒缩短到一定长度后不能形成T环结构。
正常体细胞端粒的长度是有限度的,随着年龄的增长和细胞分裂次数的增多,端粒会逐渐缩短,一般丢失速度为50～200bp/次[11]。由此可见端粒长度决定了细胞的分裂次数,它作为有丝分裂“分裂钟”的物质基础,调控着细胞的复制寿命,超过分裂极限后细胞自然衰老死亡,现在这一观点已被大多数的研究者接受。而端粒酶有维持端粒长度的作用,绝大多的永生化细胞系中可检测到高水平的端粒酶活性。这里需要指出的是:端粒酶不是癌基因,其活性的激活本身不会直接导致细胞癌变的发生。许多研究表明通过转基因技术重建正常体细胞的端粒酶活性可使细胞的分裂次数大大提高,甚至永生化,但其核型和表型均保持正常,没有恶性转变的迹象发生[12214]。这让人很容易联想到端粒酶在衰老的防治中具有广阔的应用前景,如可通过转基因技术将h TER T基因导入端粒酶阴性的细胞,重建其端粒酶活性,维持端粒长度,增加细胞的寿命,甚至使细胞永生化,从而达到防治衰老的目的,这为干细胞的治疗应用提供了广阔的前景。
4端粒、端粒酶与癌症
自从1994年K im等[15]建立了高效灵敏的端粒酶活性检测的TRAP法后,大量研究证实85%～90%的人类恶性肿瘤表达端粒酶活性,如在常见的恶性肿瘤中端粒酶活性阳性检出率:胃癌85%,肺癌80.1%,肝癌85%,乳腺癌85%,胰腺癌95%等。而相应的良性肿瘤则为阴性或仅有少数阳性,由此许多人认为端粒酶的异常激活是细胞癌变的重要一步。正是由于端粒酶在恶性肿瘤细胞增殖中的重要性以及其高表达率,而正常体细胞则很少存在端粒酶活性,使之成为恶性肿瘤诊断和预测预后的重要标志之一,并且成为恶性肿瘤化疗和基因治疗的重要靶点。通过抑制端粒酶活性,肿瘤细胞因不能有效合成端粒序列而发生复制性衰老并逐渐老化死亡,则可达到治疗肿瘤的目的,这为肿瘤的基因治疗开辟了新的途径。近年来,针对端粒酶为作用靶点的抗肿瘤研究非常活跃,其研究目标就是寻找各种有效的途径来抑制肿瘤细胞的端粒酶活性,目前主要的途径有以下几种:①阻断端粒酶RNA的模板作用,包括:反义h TR、反义寡核苷酸、锤头状核酶和肽苷酸等;②针对端粒酶催化亚基的抑制剂:h TER T抑制剂、端粒酶蛋白抗体、P KC调节剂等;③其他抑制剂。
5端粒酶的端粒外作用
5.1端粒酶的抗凋亡作用
近来,许多的研究表明端粒酶除具有合成端粒重复序列防止细胞复制性衰老的作用以外,还具有独立于端粒外的抗凋亡作用和调节细胞生存的作用[16]。Fu等[17]通过反义核苷酸技术抑制PC12细胞h TER T的表达以及采用端粒酶活性抑制剂显著增强了STS,Fe2+和Aβ诱导的线粒体功能障碍和凋亡。他们还发现已分化的PC12细胞比未分化的PC12更容易遭受STS及Aβ诱导的细胞凋亡,因为随着细胞分化端粒酶活性也会下降。通过过表达Bcl22和使用caspase的抑制剂zVAD2 f mk可对抗端粒酶抑制剂诱导的凋亡,说明端粒酶对抗凋亡的作用位点先于caspase的激活和线粒体功能障碍。随后,他们发现啮齿类动物神经前体细胞和早期分裂后神经元都有TER T的表达,并且对于神经元的正常发育是必要的。Zhu等[18]和L u等[19]进一步证实了端粒酶和TER T能增强培养大鼠胚胎神经元抵抗Aβ和DNA损伤剂喜树碱诱导凋亡的能力。Smit h等[20]发现端粒酶可以调节上皮细胞生长控制基因的表达和提高细胞的增殖能力。Ren等[21]通过基因转染技术将h TER T导入端粒酶活性阴性的细胞后能显著抑制H2O2诱导的细胞凋亡。笔者等人的研究也发现,通过构建h TER T重组腺病毒载体并转染神经元后,能重建细胞端粒酶的活性,并具抗凋亡作用[22224];在成功构建SAD胞质杂交细胞和CTL胞质杂交细胞的细胞模型基础上[25],发现SAD胞质杂交细胞在培养晚期氧化应激状态的加重可能导致其端粒酶活性降低,h TER T mR2 NA及蛋白表达下降;雌激素可提高培养晚期SAD胞质杂交细胞的h TER T mRNA的表达。这些研究表明端粒酶和(或)h TER T具有抵抗氧化应激,Aβ,DNA损伤
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剂等诱导凋亡的毒性作用,它们在调节细胞生存和抗凋亡中起重要作用,但其机制并不清楚。目前认为可能是通过以下两种方式来达到抗凋亡和调节细胞生存的作用:①端粒酶通过聚合酶和核酸外切酶活性,修复DNA 损伤阻止内源性细胞凋亡级联反应的启动[26];②阻断线粒体功能障碍或caspase激活等凋亡信号通路,如与p53,Bcl22蛋白的相互作用以及在线粒体水平阻断细胞色素c和凋亡起始因子(AIF)的释放等[27]。
5.2端粒酶与氧化应激
近来在研究有关端粒酶的端粒外作用机制的同时发现端粒酶与氧化应激关系密切。一个明显的现象是:当细胞处于氧化应激状态时,不管是异位表达或野生型hTERT均被核排除进入胞质和(或)线粒体内,这是一个直接自然的过程。Haendeler等[28]发现外源给予H2O2可导致TERT核外输进入胞质,这个过程是由Src激酶家族依赖的酪氨酸磷酸化所导致的。抗氧化剂可以抑制TERT的核外移和延缓内皮细胞的复制性衰老[29]。后来,Santos等[30]发现hTERT的N2末端有特定的线粒体输入序列(线粒体定位信号),能够在氧化应激的状态下进入线粒体。然而端粒酶在氧化应激时表现出的这种核外定位的生理生化功能并不清楚,并存在较大争议。Santos等[30,31]认为端粒酶的线粒体定位加重自由基对mtDNA的损伤,是H2O2诱导线粒体DNA损伤和细胞凋亡的决定者。最近,Haendeler等[32]研究发现TERT进入线粒体后定位在线粒体基质,结合于mtDNA编码区ND1和ND2区,并认为TERT的线粒体定位全面提高了呼吸链的活性,可以抵抗氧化应激诱导的损伤。
已有的大多数研究表明端粒酶具有明显的抗氧化应激功能和保护线粒体的功能。Ahmed等[33]发现在TER T过表达的细胞中,mtDNA被保护,线粒体膜电位升高,线粒体超氧化产物和细胞过氧化水平降低,这些表明TER T具有提高线粒体功能和减少不良反应,使线粒体处于一个温和应激状态。端粒酶转基因鼠表现出明显的抗氧化应激能力,其干细胞的增殖分化能力也提高,而端粒酶基因敲除鼠则表现出低的抗氧化应激能力,并对化疗药物敏感[34,35]。Massard等[36]发现在癌细胞中,h TER T是线粒体凋亡的内源性抑制者。抑制大鼠胚胎神经元的h TER T活性后,Aβ能增加氧化应激和线粒体功能障碍,而过表达h TER T活性则提高线粒体的功能和降低氧化应激水平。Kang等[37]证明过表达TER T能提高线粒体的膜电位和Ca2+贮存能力。过表达h TER T的人成纤维细胞和角膜上皮细胞能显著抑制H2O2诱导的细胞凋亡。近来发现在正常细胞异位表达h TER T或在端粒酶阳性细胞中抑制h TER T的表达均能显著改变细胞基因转录和表达的模式,其中主要涉及与线粒体能量代谢有关的基因,如Bagheri等[38]发现在肿瘤细胞中端粒酶可调节葡萄糖消耗和控制糖酵解途径,从而改变细胞的能量状态。然而也有少量研究表明相反的结果,Santo等[30]认为异位过表达的h TER T在急性氧化应激状态下会加重mtDNA损伤。
总之,端粒酶与线粒体关系密切,大多数的研究支持端粒酶具有抗氧化应激保护线粒体的作用。但在氧化应激状态下,端粒酶线粒体定位的确切生理功能还需进一步探讨。
6展 望
三位诺贝尔奖获得者的开创性工作有助于揭开人类衰老的奥秘,虽然端粒和端粒酶与细胞衰老关系在某些方面还存在争议,诸多的研究都表明端粒的耗损是衰老发生机制中极其重要的一环。端粒酶维护端粒的长度,细胞的老化就会被延缓。然而还有一些问题,如端粒结合蛋白的调控机制及其与端粒酶协同作用机制;端粒酶表达和活性的调控机制;少数端粒酶活性阴性的肿瘤细胞的永生化机制是什么,其端粒维持的机制如何;在癌症日益威胁人类健康的今天,围绕端粒和端粒酶这条线索穷追不舍,是否有望早日攻克癌症这一医学难题;端粒酶独立于端粒之外的抗凋亡和调节细胞生存的作用机制;氧化应激状态下端粒酶的线粒体定位的机制和功能等问题均有待进一步的探讨和阐明。
(2009年11月16日收到)
[1]BL ACK BU RN E H,GALL J G.A tandemly repeated sequence
at t he termini of t he extrachromosomal ribosomal RNA genes in Tetrahymena[J].J Mol Biol,1978,120(1):33253.
[2]CALL EN E,SURRALL ES J.T elomere dysfunction in genome in2
stability syndromes[J].Muta Res,2004,567(1):852104.
[3]WA TSON J D.Origin of concatemeric T7DNA[J].Nat New
Biol,1972,239(94):1972201.
[4]GREIDER C W,BL ACK BU RN E H.Identification of a specif2
ic telomere terminal transferase activity in Tetrahymena ex2 tract s[J].Cell,1985,43(2Pt1):4052413.
[5]YUDO H K,MATSUNO H,NA KAZW A F,et al.Reconstituting
telomerase activity using the telomerase catalytic subunit prevents the telomere shorting and replicative senescence in human osteo2 blasts[J].J Bone Miner Res,2001,16:145321464.
[6]廖亚平,汪华侨.端粒和端粒酶与细胞衰老[J].国外医学?内
科学分册,2005,32(9):3972400.
[7]HA YFL ICK L.The limited in vitro lifetime of human diploid
cell strains[J].Exp Cell Res,1965,37:6142636.
[8]HARL E Y C B.Telomere loss:mitotic clock or genetic time
bomb[J].Mutat Res,1991,256(226):2712282.
[9]BLACK BU RN E H.Telomere states and cell fates[J].Na2
?
3
3
?
t ure,2000,408(2):53256.
[10]GRIFFIT H J D,COMEAUL L,ROSEN FIELDS S,et al.
Mammalian telomeresend in a large duplex loop[J].Cell,1999, 97(4):5032504.
[11]L EV Y M Z,ALL SOPP R C,FU TCH ER A B,et al.Telomere
end2replication problem and cell aging[J].J Mol Biol,1992, 225:9512960.
[12]BODNAR A G,OU ELL ET TE M,FROL KIS M,et al.Exten2
sion of life2span by introduction of telomerase into normal hu2 man cells[J].Science,1998,279:3492352.
[13]YAN GJ,CHAN G E,CH ERR Y A M,et al.Human endot he2
lial cell life extension by telomerase expression[J].J Biol Chem,1999,274:26141226148.
[14]DIDONNA S,MAMCHAOU I K,COOPER R N,et al.Te2
lomerase can extend t he proliferative capacity of human myo2 blast s,but does not lead to t heir immortalization[J].Mol Cancer Res,2003,1:6432653.
[15]KIM W,PIA T YSZEK A,PROWES R,et al.Specific associa2
tion of human telomerase activity wit h immortal cells and cancer [J].Science,1994,266:201122015.
[16]CHUN G H K,CH EON G C,SON G J,et al.Ext ratelomeric
functions of telomerase[J].Curr Mol Med,2005,5:2332241.
[17]FU W,BEG L EY J G,KILL EN M W,et al.Anti2apoptosis
role of telomerase in pheo2chromocytoma cells[J].J Biol Chem,1999,274(11):726427271.
[18]ZHU H,FU W,MA T TSON M P.The catalytic subunit of te2
lomerase protect s neurons against amyloidβ2peptide2induced ap2 optosis[J].J Neurochem,2000,75(1):1172124.
[19]L U C,FU W,MA T TSOP M P.Telomerase protect s develo2
ping neurons against DNA damage2induced cell deat h[J].Brain Res Dev Brain Res,2001,131(122):1672171.
[20]SMITH L L,COLL ER H A,ROBERTST J M.T elomerase mod2
ulates expression of growth2controlling genes and enhances cell pro2 liferation[J].Nat Cell Biol,2003,5(5):4742479.
[21]REN J G,XIA H L,TIAN Y M,et al.Expression of telomer2
ase inhibit s hydroxyl radical2induced apoptosis in normal telom2 erase negative human lung fibroblast s[J].FEBS Lett,2001, 488:1332138.
[22]廖亚平,张洁,周俊宜,等.人端粒酶催化亚单位h TER T基因
重组腺病毒载体的构建与鉴定[J].神经解剖学杂志,2006,22
(6):6092613.
[23]张洁,廖亚平,吴灵芝,等.h TER T基因转染对人胚胎大脑皮
质神经元生长的影响[J].解剖学研究,2008,30(4):2512254.
[24]KON G L P,WU L Z,ZHAN G J,et al.Neuroprotective
effect s of human telomerase reverse transcriptase on beta2amy2 loid fragment252352treated human embryonic cortical neurons [J].Neural Regen Res,2009,4(6):4052412.
[25]孔令平,吴灵芝,汪华侨.SAD胞质杂交细胞的建立及其线粒体
结构和功能的变化[J].解剖学研究,2009,31(4):289.
[26]SHARMA G G,GU P TA A,WAN G H,et al.h TER T associ2
ates wit h human telomeres and enhances genomic stability and DNA repair[J].Oncogene,2003,22:1312146.
[27]O H YA GI Y,ASA HARA H,CHUI D H,et al.Intracellular Abe2
ta42activates p53promoter:a pathway to neurodegeneration in Alzheimer’s disease[J].FASE B J,2005,19(2):2552257.
[28]HAENDEL ER J,HOFFMANN J,BRANDES R P,et al.Hydro2
gen peroxide triggers nuclear export of elomerase reverse tran2 scriptase via Src kinase familydependent phosphorylation of T yrosine 707[J].Mol Cell Biol,2003,23:459824610.[29]HA ENDEL ER J,HOFFMANN J,DIEHL J F,et al.Antioxi2
dant s inhibit nuclear export of telomerase reverse transcriptase and delay replicative senescence of endot helial cells[J].Circ Res,2004,94:7682775.
[30]SAN TOS J H,MEYER J N,van HOU TEN B.Mitochondrial
localization of telomerase as a determinant for hydrogen peroxi2 deinduced mitochondrial DNA damage and apoptosis[J].Hum Mol Genet,2006,15:175721768.
[31]SAN TOS J H,ME YER J N,SKORVA GA M,et al.Mito2
chondrial h TER T exacerbates free2radicalmediated mtDNA damage[J].Aging Cell,2004,3:3992411.
[32]HA ENDEL ER J,DROSE S,BUCHN ER N,et al.Mitochon2
drial telomerase reverse transcriptase binds to and protect s mi2 tochondrial DNA and function from damage[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2009(Epub ahead of print).
[33]A HMED S,PASSOS J F,BIR KET M J,et al.Telomerase
does not counteract telomere shortening but protect s mitochon2 drial function under oxidative stress[J].J Cell Sci,2008,121: 104621053.
[34]ARMSTRON G L,SARETZKE G,PETERS H,et al.Over2
expression of telomerase confers growt h advantage,stress re2 sistance,and enhanced differentiation of ESCs toward t he hem2 atopoietic lineage[J].Stem Cells,2005,23:5162529.
[35]FRANCO S,CAN ELA A,KLA T T P et al.Effectors of mam2
malian telomere dysfunction:a comparative t ranscriptome anal2 ysis using mouse models[J].Carcinogenesis,2005,26:16132 1626.
[36]MASSARDC,ZERMA TI Y,PAUL EAU A L,et al.h TER T:
a novel endogeneous inhibitor of t he mitochondrial cell deat h
pat hway[J].Oncogene,2006,25:450524514.
[37]KAN G H J,CHOI Y S,HON G S B,et al.Ectopic expression
of t he catalytic subunit of telomerase protect s against brain in2 jury resulting from ischemia and NMDA2induced neurotoxicity [J].J Neurosci,2004,24:128021287.
[38]BA GH ERI S,NOSRA TI M,L I S,et al.Genes and pat hways
downstream of telomerase in melanoma metastasis[J].PNAS, 2006,103:11306211311.
Telomere,Telomerase a nd Its Potential Relation2 s hip wit h Aging,Ca ncer:A B rief Int roduction to t he Nobel Prize in Physiology or Medicine2009 KON G Ling2ping①,WAN G Hua2qiao②
①Associate Professor,Conghua College,Gua ngzhou Medical Col2 lege,Gua ngzhou510182,Chi na;②Professor,Depart ment of A2 nat omy a nd Brai n Research,Zhongsha n School of Medici ne,Sun Yat2sen University,Gua ngzhou510080,Chi na
Abstract The Nobel Prize in Psysiology or Medicine2009was a2 warded t o A merica n scientist Elizabet h Blackbur n,Carol Greider a nd J ack Szosta k,t his is because t hey f ound t hat“chromosome is how t he p rotection of telomere a nd telomerase”,a nd unveiled t he results of t his study of huma n agi ng a nd ca ncer incidence of p hysio2 logical a nd p at hological p henomena of lif e.In t his pap er,telomere a nd telomerase discovery,st ructure a nd f unction a nd its close asso2 ciation wit h human aging,ca ncer have done a brief int roduction.
K ey w ords telomere,telomerase,cell,aging,tumor
(责任编辑:丁嘉羽)
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端粒和端粒酶的研究及应用 2005-4-11 https://www.doczj.com/doc/0d18075302.html, 来源：丁香园 10:56:00 摘要：古往今来，“长生不老”成为人们一直追求的梦想，曾经有多少人用各种方法来延缓衰老，但终未取得显著效果。近年来研究证实，端粒缩短导致衰老。本文就端粒、端粒酶与衰老的关系做一综述。 关键词：端粒、端粒酶、衰老 最早观察染色体末端的科学家始于19世纪末期，Rabl[1]在1885年注意到染色体上所有的末端都处于细胞核的一侧。20世纪30年代，两个著名的遗传学家McClintock B [2]和Muller HJ [3]发现了染色体的末端可维持染色体的稳定性和完整性。Muller将它定义为“telomere”，这是由希腊词根“末端”（telos）及“部分”（meros）组成的。30多年前，Hayflick[4]首次提出将体外培养的正常人成纤维细胞的“有限复制力”作为细胞衰老的表征。在此过程中，细胞群中的大部分细胞经历了一定次数的分裂后便停止了，但它们并没有死亡，仍保持着代谢活性，只是在基因表达方式上有一定的改变。于是Hayflick猜测细胞内有一个限制细胞
分裂次数的“钟”，后来通过细胞核移植实验发现，这种“钟”在细胞核的染色体末端——端粒。但端粒究竟是怎样的复杂结构呢？Blackburn和Gall[5] 于1978年首次阐明了四膜虫rDNA分子的末端结构，他们发现这种rDNA每条链的末端均含有大量的重复片段，并且这些大量重复的片段多是由富含G、C的脱氧核苷酸形成的简单序列串联而成。在1985年，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，这就说明了确实有这样的一种酶存在[6]，并将它命名为“端粒酶”（telomerase）。之后，耶鲁大学Morin 于1989年在人宫颈癌细胞中也发现了人端粒酶[7] 。近年来，随着人体端粒酶的发现和端粒学说的提出，已经知道决定细胞衰老的“生物钟”就是染色体末端的端粒DNA，它可随着年龄的增长而缩短。 一、衰老机理及假说 许多人错误的认为，退休是一个人进入生理老年的开端。而老年则是衰老的标志，其实，这是不科学的。人体的所有器官和组织都由细胞组成，但组成器官和组织的细胞有两大类，即干细胞和非干细胞。人体衰老正是由细胞特别是干细胞衰老引起的。医学家认为，如果人类若能避免一些疾患和意外事故，人类寿命的上限应当是130岁。在人类基因组计划之前和进行之中，对长寿的分子生物学研究就有了许多显著的成果与发现。总的归纳起来便是：衰老是一种多基因的复合调控过程，表现为染色体端粒长度的改变、DNA损伤（包括单链和双链的断裂）、DNA的甲基化和细胞的氧化损害等。这些因素的综合作用，才造成了寿命的长短。
聚焦诺贝尔自然科学奖 囊泡出问题小命或不保 ————解密“囊泡”运输调控机制日前，斯德哥尔摩传来消息，美德三名科学家因“囊泡”共享2013年诺贝尔生理学或医学奖。 “囊泡”是什么？它们的运输调控机制究竟怎样？这个基础领域的研究为何得到诺奖的青睐？ 昨日，在接受南方日报采访时，南方医科大学基础医学院罗深秋教授表示，囊泡运输是生命活动中非常基础而重要的一种存在形式，囊泡运输发生障碍会导致细胞甚至整个生命出现很多功能障碍。若看得长远一点，细胞囊泡运输调控机制的进一步研究，很可能让糖尿病、老年痴呆等疾病的研究有所突破。 1 “指挥交通” 兰迪·谢克曼发现了控制囊泡运输的蛋白质是哪些基因表达的。囊泡运输的过程是否正常，与这组基因是否正常表达有直接关系 2 “收信地址” 詹姆斯·罗斯曼发现一种蛋白质化合物，可以让囊泡实现与目标细胞膜的准确结合 3 “送货时间” 托马斯·祖德霍夫探索细胞内囊泡在指令来了以后如何准确、有效地释放内容物 囊泡很忙 细胞里有不计其数形似皮球的囊泡，这些囊泡通过将细胞本身产生的一些分子与物质包裹起来进行传送，以满足生命活动。 要说囊泡，首先得讲讲细胞。 “我们每个人身体内大概有1×1014—1×1015个数量级的细胞，这么多细胞活动的总和就是我们生命的表现，包括人的生长、发育、遗传、变异、衰老、死亡等。”罗深秋说，完成这个复杂的生命过程，需要不同细胞的分工合作，“但不管是什么样的细胞，它们的一些基本活动是一致的，如细胞内部及彼此间的一些物质交换。而在很多时候，这些物质交换就是通过细胞内的囊泡来实现。” “囊泡就像一个皮球。”罗深秋形容，它的“皮”就是所谓的生物膜。在细胞这个繁忙的“工厂”中，不计其数的囊泡通过将细胞本身产生或从外面进来的一些分子与物质包裹起来进行传送，以满足生命活动。
端粒是真核生物染色体末端的DNA重复片段，由许多个短的富含G重复序列组成的3撇端。并突出于另一条DNA链的5撇端，和许多蛋白质构成。这些重复序列并不含有遗传信息，形态上，染色体DNA末端膨大成粒状。像两顶帽子盖在了染色体的两端，作为染色体末端的保护帽。 端粒存在戴帽和非戴帽两种状态，戴帽状态是端粒的功能状态。细胞可以继续分裂；非戴帽状态会引发细胞周期的阻滞。在正常的细胞分裂时，端粒可以在两种状态间变换，随着细胞分裂的继续，越来越多的细胞粒处于非戴帽状态，继而出现衰老与细胞死亡。 端粒的功能是完成染色体末端的复制，防止染色体相互融合、重组和降解，维持染色体的完整性。端粒的DNA序列既有高度的保守性又有种属的特异性。在生物体内，正常体细胞端粒的长度是有限的，随着细胞的持续分裂，端粒就会缓慢缩短，当端粒再也无法保护染色体免受伤害时，细胞就会停止分裂，或者变得不稳定。因此，生物体细胞分裂的次数是有限的。端粒的长度决定了细胞的寿命，所以端粒又被称为“生命的时钟”。 端粒酶的主要成分是RNA和蛋白质，即核糖核酸蛋白质复合体。是端粒重复序列延伸的反转录DNA聚合酶。真核细胞染色体末端DNA的复制不是由DNA聚合酶完成的，而是由端粒酶催化合成的。以其自身RNA组分为模板，并且RNA上含有引物特异识别位点。蛋白质具有催化活性，以端粒3撇端为引物，通过反复延伸与移位，又反复地将重复片段加到突出的3撇端上，而互补的富含C的延伸像后随链那样复制，未补偿由去除引物引起的末端缩短。因此在端粒的保护中，端粒酶起着至关重要的作用。但端粒的延长并非只有端粒酶一种途径，而是存在端粒酶依赖和非端粒酶依赖两种。 人端粒酶结构主要包括3部分：端粒酶RNA(hTR);端粒酶催化亚单位（hTERT）和端粒相关蛋白质（TPI/TLPI） 人体细胞中端粒酶合成和延长端粒的作用是在胚胎发育过程中完成的，当胚胎发育完成后，端粒酶活性在大多数组织中消失，除生殖细胞、造血干细胞以及外周淋巴细胞的等少数几种细胞外。由此认为胚胎期获得的端粒应以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。端粒酶活性阳性细胞中的hTERT基因突变或沉默则细胞端粒酶活性消失。在端粒酶活性阴性的细胞中导入编码的hTERT基因，则可以重建细胞的端粒酶活性，结果细胞的端粒增长，寿命延长，老化过程延缓，甚至出现永生化现象。 目前认为，细胞的衰老是由端粒的丢失引起的，而端粒的丢失又与端粒酶的活性有关，人体细胞内端粒酶活性的缺失导致端粒缩短，这种缩短使得端粒最终不能被细胞识别，端粒一旦短于“关键长度”，就很有可能导致染色体双链断裂，使细胞进入M1期死亡状态。随着端粒的进一步丢失，将导致进一步的危机，即M2期死亡状态。当几千个端粒DNA丢失后，细胞就会停止分裂进入衰老状态。 新进研究显示引起细胞衰老的原因与端粒的长度无关，而与以下几个因素有关：端粒的位置效应、DNA损伤信号以及端粒富含G的3撇末端突出的缺失。 端粒和端粒酶的发现也是有关人体衰老、癌症和干细胞等研究的谜题拼图中重要的一片，次发现使我们对细胞的理解增加了新的维度，清楚地显示了疾病的机理，并将促使我们开发出潜在的新的疗法。尽管已有越来越多的有关端粒与端粒酶的研究成果，但这一领域仍然存在着不少有待解决的问题等待着人类去探索去认知。
诺贝尔生理学或医学奖历年获奖者(1901-2018) 年份得主国家得奖原因 1901年埃米尔·阿道夫·冯·贝 林 德国 “对血清疗法的研究，特别是在治疗白喉应用上 的贡献，由此开辟了医学领域研究的新途径，也 因此使得医生手中有了对抗疾病和死亡的有力武 器” 1902年罗纳德·罗斯英国“在疟疾研究上的工作，由此显示了疟疾如何进入生物体，也因此为成功地研究这一疾病以及对抗这一疾病的方法奠定了基础” 1903年尼尔斯·吕贝里·芬森丹麦“在用集中的光辐射治疗疾病，特别是寻常狼疮方面的贡献，由此开辟了医学研究的新途径” 1904年伊万·巴甫洛夫俄罗斯“在消化的生理学研究上的工作，这一主题的重要方面的知识由此被转化和扩增” 1905年罗伯特·科赫德国“对结核病的相关研究和发现” 1906年卡米洛·高尔基意大利 “在神经系统结构研究上的工作”圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔西班牙 1907年夏尔·路易·阿方斯·拉 韦朗 法国“对原生动物在致病中的作用的研究” 1908年伊拉·伊里奇·梅契尼 科夫 俄罗斯 “在免疫性研究上的工作”保罗·埃尔利希德国 1909年埃米尔·特奥多尔·科 赫尔 瑞士 “对甲状腺的生理学、病理学以及外科学上的研 究” 1910年阿尔布雷希特·科塞尔德国“通过对包括细胞核物质在内的蛋白质的研究，为了解细胞化学做出的贡献” 1911年阿尔瓦·古尔斯特兰德瑞典“在眼睛屈光学研究上的工作” 1912年亚历克西·卡雷尔法国“在血管结构以及血管和器官移植研究上的工作” 1913年夏尔·罗贝尔·里歇法国“在过敏反应研究上的工作” 1914年罗伯特·巴拉尼奥地利“在前庭器官的生理学与病理学研究上的工作”1919年朱尔·博尔代比利时“免疫性方面的发现” 1920年奥古斯特·克罗丹麦“发现毛细血管运动的调节机理” 1922年阿奇博尔德·希尔英国“在肌肉产生热量上的发现” 奥托·迈尔霍夫德国 “发现肌肉中氧的消耗和乳酸代谢之间的固定关 系” 1923年弗雷德里克·格兰特·班 廷 加拿大 “发现胰岛素”约翰·麦克劳德加拿大 1924年威廉·埃因托芬荷兰“发明心电图装置”1926年约翰尼斯·菲比格丹麦“发现鼠癌”
端粒与端粒酶——衰老与疾病的预测因子 生工食品学院食品科学与营养系章宇0010141 摘要：端粒和端粒酶是现代生命科学领域研究的热点，端粒封闭了染色体的末端并维持了染色体的稳定性，端粒缺失会引起染色体融合并导致细胞的衰老及死亡。端粒酶的活化可延长染色体末端DNA，维持基因组的稳定，并且端粒酶活性的异常表达又会引起细胞永生化或转化成癌细胞。由于端粒和端粒酶在细胞分裂中有其独特的作用，因此对端粒及端粒酶结构和功能研究，有助于阐明细胞衰老和恶变的机制，对抗衰老及肿瘤的诊断、治疗都具有重要的理论和实际价值。关键词：端粒；端粒酶；衰老；预测因子 1 诺贝尔奖获奖成果——端粒和端粒酶是如何保护染色体的 人的生老病死，这或许是生命最为简洁的概括，但其中却蕴藏了无穷无尽的奥秘。2009年10月5日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布将2009年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家伊丽莎白·布莱克本（Elizabeth H. Blackburn）、卡罗尔·格雷德（Carol W. Greider）和杰克·绍斯塔克（Jack W. Szostak），以表彰他们发现“染色体是如何被端粒和端粒酶保护的”。这3位科学家的发现“解决了一个生物学重要课题, 即染色体在细胞分裂过程中是怎样实现完全复制, 同时还能受到保护且不发生降解”，由此可能揭开了人类衰老和罹患肿瘤等严重疾病的奥秘。 2 端粒、端粒酶的结构与功能 70年代末，Blackburn和Gall首次阐明四膜虫rDNA分子的末端结构，现在人们已经明确端粒是真核细胞线形染色体末端的具有高度保守的重复核苷酸序列和蛋白质的复合体[1]。人类端粒DNA 由基本序列单元TTAGGG反复串联而成，不具有编码任何蛋白质功能，进化上高度保守[2]。端粒像帽子一样扣在染色体的两端，维护着染色体的完整性和稳定性，作用是防止染色体被降解、融合和重组，从而保证了遗传信息的完整性，使遗传信息在细胞分裂时能够完全复制，使后代细胞准确获得完整的遗传信息。 端粒酶是目前发现的唯一由RNA和蛋白质构成的核糖核蛋白酶，能够以自
端粒与端粒酶的研究进展 【摘要】研究显示，端粒酶活性被激活，可维护端粒的长度，细胞将会延缓衰老，避免癌变。此外，端粒酶的发现还在理论上丰富和发展了分子肿瘤学，据研究显示90％的人体肿瘤与端粒酶相关，若我们通过端粒酶活性的检测，提前预知肿瘤的发生，从而提前预防和治疗，或者若我们能使癌细胞中的端粒酶再度“休眠”，恶性肿瘤就会停止生长，以此来治疗癌症。 【关键字】端粒端粒酶肿瘤癌症衰老染色体 1.端粒和端粒酶的概述 2009年，美国的三位科学家Elizabeth H·Blackburn、Carol W·Greider和Jack W·Szostak发表了题为“端粒和端粒酶是如何保护染色体的”而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。也是从这一重大研究成果开始，端粒和端粒酶的研究为人类衰老和肿瘤带来了福音。 端粒是真核细胞染色体末端的帽子样的结构，它具有稳定染色体末端结构，防止染色体DNA降解和末端融合，保护染色体结构基因，调节正常细胞生长等作用。同种生物不同组织的细胞，甚至相同组织的不同细胞由于处于不同的生命时相，端粒的长度也不一样。由此可发现端粒的长度跟细胞的寿命、衰老与死亡有密切关系，所以端粒的长度被称为“生命时钟”【1】。 端粒酶(telomerase)是一种以自身RNA为模板，将端粒DNA合成至染色体的核糖核蛋白复合物(ribonucleoprotein，RNP)。端粒长度的维持需要端粒酶的激活。所以端粒酶在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。端粒酶的活性存在于人的生殖细胞、肿瘤细胞、永生化细胞系和再生性组织中，一般情况下酶的活性处于抑制状态，只有当端粒体受到损伤的时候，端粒酶才被激活。 由于端粒和端粒酶对肿瘤和癌症的发生有很大关系，所以近年来，端粒和端粒酶的研究也比较多，且主要是在妇产科学、基础医学、心血管疾病、泌尿科学、外科学等方面，其中端粒酶与肿瘤形成关系的研究占总文献比例最大【2】。 2.端粒和端粒酶的结构 端粒是存在于染色体3＇末端的特殊部位，通常由一些简单重复的序列组成。不同种类的细胞端粒重复序列不同，大多长约5-8bp。人类的端粒序列由5 ＇
1981年诺贝尔生理学或医学奖 关于大脑两半球功 能 专属的研究 斯佩里Roger W. Sperry 美国 加利福尼亚技术研 究所 1913年—1994年 关于视觉系统信号 处理的研究 休贝尔 David H. Hubel 美国 哈佛医学 院 1926年— 威塞尔 Torsten N. Wiesel 瑞典 哈佛医学院 1924年— 斯佩里把猫、猴子、猩猩联结大脑两半球的神经纤维割断，称为“割裂脑”手术。这样两个半球的相互联系被切断，外界信息传至大脑半球皮层的某一部分后，不能同时又将此信息通过横向胼胝体纤维传至对侧皮层相对应的部分。每个半球各自独立地进行活动，彼此不能知道对侧半球的活动情况。1961年斯佩里设计了精巧和详尽的测验，在作割裂脑手术的人恢复以后，进行了神经心理学的测定，获得了人左右两半球机能分工的第一手资料，发现两半球机能的不对称性，右半球也有言语功能，从而更新了优势半球的概念。裂脑人的每一个半球都有其独自的感觉、知觉和意念，都能独立地学习、记忆和理解，两个半球都能被训练执行同时发生的相互矛盾的任务。斯佩里的研究，深入地揭示了人的言语、思维和意识与两个半球的关系，成绩卓著。 在20世纪50年代晚期，休贝尔和威塞尔测试了猫的视皮质细胞反应。他们把微电极埋在猫的视皮质细胞中，尽管他们不能选择某个特定细胞，但可以把电极以大约正确的方式插在某处，因此可以了解他们到达了什么地方。而当研究者在屏幕上打出一些光影或者其他图形时，猫就用带子系好，藉已固定好猫的头部，研究者就可以知道是网膜上的哪一部分是图像显现之处，然后把这个被刺进的皮质区进行连接，透过放大器和扬声器，他们可以听到细胞启动的声音。其结果显示细胞对一个横向的线或者边缘有强烈反应，但对点、斜线或直线只有非常微弱的反应，或者根本就没有反应，之后的研究继续显示：有些细胞对某些处在一个角度上的线条、垂直线条、直角
端粒和端粒酶的发现历程——记诺贝尔生理学或医学奖 引言－到底是"谁"得诺奖了？ 2009年诺贝尔生理学或医学奖授予了UCSF（加州大学旧金山分校）的Elizabeth Blackburn（简称Liz），Johns Hopkins University（约翰霍普金斯大学）的Carol Greider（简称Carol），以及Howard Medical School（哈佛医学院）的Jack Szostak。诺贝尔奖主页上介绍她/他们获奖的原因是揭示了"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），这样描 述是非常专业的。当然更多的公众媒体为了吸引眼球，会用"Aging Research Wins Nobel Prize"（衰老研究摘 取诺贝尔奖）的标题，这颇有误导之嫌。"揭开衰老与癌症的奥秘"，这样的标题更是耸人听闻，偏离这个诺贝 尔奖的用意了。 不可否认端粒和端粒酶的发现能获得诺贝尔奖，是因为它跟衰老和癌症的潜在关系获得了更多公众的关注。但 是迄今为止它只是衰老和癌症的correlator（相关者），勉强算得上indicator（指示者），还远不是causer （引起者）。当年发现衰老的细胞端粒变短之后，人们兴奋地以为找到了衰老的"时钟"，揭开了衰老的奥秘。 但是事实上端粒在生理条件下并不是细胞衰老的"瓶颈"，细胞或机体的衰老是其它原因导致的老化。小鼠的端 粒是比较长的，如果把小鼠的端粒酶RNA亚基敲除，它能活得很自在，并不会早衰，生殖力也正常。那也就是 说在当代的小鼠中，端粒缩短并不是小鼠衰老的原因。这样的小鼠可以一直传6代。当然越到后来，端粒越短，染色体也开始融合[1]。癌细胞的增殖需要端粒的不断复制，但是我们知道端粒酶激活只是癌细胞发生中比较重 要的一环，但远不是唯一的一环。端粒酶固然是治疗癌症的一个潜在靶标，但是癌细胞也能通过recombination （遗传重组）延长端粒，逃脱对端粒酶的依赖[2]。 所以，不能说是"衰老或癌症"的研究得诺奖了，它跟cell cycle（细胞周期）的研究得诺奖一样，更多的是对 细胞基本功能的重要研究的肯定。而这个研究的进程中贯穿着"发现现象/问题"-"提出概念/模型"-"实验验证" 的思路，整个过程就像相继解开一个个puzzle（智力谜团）一样有趣，充满了思想的光辉。"Nobel Prize in Medicine Awarded for Cracking DNA Puzzle"（诺贝尔医学奖授予解开DNA谜团"的研究"），这样的标题最为 精准。换个角度，我们不妨说是解"puzzle"得了诺奖。 相关链接：2009年诺贝尔生理学或医学奖揭晓 染色体DNA的两个难题以及端粒概念的提出 20世纪70年代初，对DNA聚合酶特性的深入了解引申出了一个染色体的复制问题。DNA聚合酶在复制DNA的时 候必须要有引物来起始，而且它的酶活性具有方向性，只能沿着DNA5'到3'的方向合成。染色体复制之初可以 由小RNA作为引物起始合成，之后细胞的修复机器启动，DNA聚合酶能够以反链DNA为模板，以之前合成的DNA 为引物，合成新的DNA取代染色体中间的RNA引物。但是线性染色体最末端的RNA引物因为没有另外的引物起始，没有办法被DNA取代。所以线性染色体DNA每复制一轮，RNA引物降解后末端都将缩短一个RNA引物的长度
诺贝尔生理学或医学奖历年获奖者(1901-2019)年份得主国家得奖原因 1901年埃米尔·阿道夫·冯·贝 林 德国 “对血清疗法的研究，特别是在治疗白喉应用上 的贡献，由此开辟了医学领域研究的新途径，也 因此使得医生手中有了对抗疾病和死亡的有力武 器” 1902年罗纳德·罗斯[ 英国“在疟疾研究上的工作，由此显示了疟疾如何进入生物体，也因此为成功地研究这一疾病以及对抗这一疾病的方法奠定了基础” 1903年尼尔斯·吕贝里·芬森丹麦“在用集中的光辐射治疗疾病，特别是寻常狼疮方面的贡献，由此开辟了医学研究的新途径” 1904年伊万·巴甫洛夫俄罗斯“在消化的生理学研究上的工作，这一主题的重要方面的知识由此被转化和扩增” 1905年} 罗伯特·科赫 德国“对结核病的相关研究和发现” 1906年卡米洛·高尔基意大利 “在神经系统结构研究上的工作”圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔西班牙 * 1907年夏尔·路易·阿方斯·拉 韦朗 法国“对原生动物在致病中的作用的研究” 1908年伊拉·伊里奇·梅契尼 科夫 俄罗斯 “在免疫性研究上的工作”保罗·埃尔利希德国 1909年埃米尔·特奥多尔·科 赫尔 瑞士 “对甲状腺的生理学、病理学以及外科学上的研 究” 1910年阿尔布雷希特·科塞尔德国“通过对包括细胞核物质在内的蛋白质的研究，为了解细胞化学做出的贡献” 1911年阿尔瓦·古尔斯特兰德— 瑞典 “在眼睛屈光学研究上的工作” 1912年亚历克西·卡雷尔法国“在血管结构以及血管和器官移植研究上的工作” 1913年夏尔·罗贝尔·里歇法国“在过敏反应研究上的工作” 1914年@ 罗伯特·巴拉尼 奥地利“在前庭器官的生理学与病理学研究上的工作”1919年朱尔·博尔代比利时“免疫性方面的发现” 1920年奥古斯特·克罗丹麦“发现毛细血管运动的调节机理” ~ 1922年阿奇博尔德·希尔英国“在肌肉产生热量上的发现” 奥托·迈尔霍夫德国 “发现肌肉中氧的消耗和乳酸代谢之间的固定关 系” 1923年弗雷德里克·格兰特·班 廷 加拿大% “发现胰岛素”
诺贝尔生理学或医学奖历年获奖者(1901-2016) 时间得主国家得奖原因 1901年埃米尔·阿道夫·冯·贝林德国“对血清疗法的研究，特别是在治疗白喉应用上的贡献，由此开辟了医学领域研究的新途径，也因此使得医生手中有了对抗疾病和死亡的有力武器” 1902年罗纳德·罗斯英国“在疟疾研究上的工作，由此显示了疟疾如何进入生物体，也因此为成功地研究这一疾病以及对抗这一疾病的方法奠定了基础” 1903年尼尔斯·吕贝里·芬森丹麦“在用集中的光辐射治疗疾病，特别是寻常狼疮方面的贡献，由此开辟了医学研究的新途径” 1904年伊万·巴甫洛夫俄罗斯“在消化的生理学研究上的工作，这一主题的重要方面的知识由此被转化和扩增” 1905年罗伯特·科赫德国“对结核病的相关研究和发现” 1906年卡米洛·高尔基意大利 “在神经系统结构研究上的工作”圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔西班牙 1907年夏尔·路易·阿方斯·拉韦 朗 法国“对原生动物在致病中的作用的研究” 1908年伊拉·伊里奇·梅契尼科 夫 俄罗斯 “在免疫性研究上的工作”保罗·埃尔利希德国 1909年埃米尔·特奥多尔·科赫 尔 瑞士 “对甲状腺的生理学、病理学以及外科学上的研 究” 1910年阿尔布雷希特·科塞尔德国“通过对包括细胞核物质在内的蛋白质的研究，为了解细胞化学做出的贡献” 1911年阿尔瓦·古尔斯特兰德瑞典“在眼睛屈光学研究上的工作” 1912年亚历克西·卡雷尔法国“在血管结构以及血管和器官移植研究上的工作”1913年夏尔·罗贝尔·里歇法国“在过敏反应研究上的工作” 1914年罗伯特·巴拉尼奥地利“在前庭器官的生理学与病理学研究上的工作”1919年朱尔·博尔代比利时“免疫性方面的发现” 1920年奥古斯特·克罗丹麦“发现毛细血管运动的调节机理” 1922年阿奇博尔德·希尔英国“在肌肉产生热量上的发现” 奥托·迈尔霍夫德国 “发现肌肉中氧的消耗和乳酸代谢之间的固定关 系” 1923年弗雷德里克·格兰特·班 廷 加拿大 “发现胰岛素”约翰·麦克劳德加拿大 1924年威廉·埃因托芬荷兰“发明心电图装置”1926年约翰尼斯·菲比格丹麦“发现鼠癌” 1927年朱利叶斯·瓦格纳-尧雷 格 奥地利 “发现在治疗麻痹性痴呆过程中疟疾接种疗法的 治疗价值”
2019诺贝尔生理学或医学奖 ---氧气决定命运2019 年10 月7 日，北京时间17 时30 分许，美国癌症学家小威廉·G·凯林（William G。Kaelin Jr。），英国临床医学家彼得·J·拉特克利夫爵士（Sir Peter J。Ratcliffe）和美国临床医学家格雷格·L·塞门扎（Gregg L。Semenza）因为发现了细胞感知和适应氧气变化（oxygen availability）的机制，荣获2019 年诺贝尔生理学或医学奖。 小威廉·G·凯林（William G。Kaelin Jr。） 小威廉·乔治·凯林是美国癌症学家、哈佛医学院教授。他1957 年出生于美国纽约，1979 年获杜克大学化学学士学位，1982 获得杜克大学医学博士学位。1998 年，凯林成为霍华德·休斯医学研究所研究员。目前，凯林是哈佛医学院丹纳-法伯研究所基础科学部副主任、布莱根妇女医院高级内科医师。 凯林的工作为理解与癌症发生有关的细胞信号传导做出了贡献。他的团队的研究对象包括视网膜母细胞瘤、希佩尔-林道综合征（von Hippel-Lindau，简称VHL），抑癌基因RB-1 以及p53 等。希佩尔-林道综合征是因位于3号染色体短臂（3P25-26）的VHL抑癌基因突变所致。凯林发现，VHL 蛋白通过参与缺氧诱导因子（HIF）的标记而抑制它：如果氧气不足，则HIF 的羟基化程度降低，因此无法正常被VHL 蛋白标记，从而启动血管的生长。
2010 年，凯林当选美国国家科学院院士，并获盖尔德纳国际奖；2016 年凯林获拉斯克基础医学研究奖。 目前，凯林的研究兴趣聚焦在于理解抑癌基因的突变对肿瘤发生的影响，即为什么影响肿瘤抑制基因的突变会导致癌症。凯林希望自己的工作可以为基于特定肿瘤抑制蛋白的生化功能的新抗癌疗法奠定基础。 彼得·J·拉特克利夫爵士（Sir Peter J。Ratcliffe） 彼得·J·拉特克利夫先后求学于剑桥大学和圣巴多罗买医院（St Bartholomew‘s Hospital），后来在牛津大学研究肾循环生理学。随后他开始研究造血生长因子——促红细胞生成素，这种物质由肾脏产生，是对血氧水平下降的响应机制。1990年，作为惠康基金会高级研究员，他在牛津大学韦瑟罗尔分子医学研究所（Weatherall Institute of Molecular Medicine）成立了缺氧生物学实验室（Hypoxia Biology laboratory）。 这项研究工作开启了对氧气感知过程的发现，这一过程不仅决定了肾脏和肝脏如何调控促红细胞生成素水平，更是存在于几乎所有的动物细胞中；无论细胞是否产生促红细胞生成素，这一过程都在其中主导了众多细胞和系统过程，对缺氧作出响应。 拉特克利夫于2002年入选英国皇家学会和英国医学科学院。他也是欧洲分子生物学组织（EMBO）成员和美国艺术与科学学院（AAAS）外籍荣誉成员。他对氧气感知的研究工作已经获得多项大奖，包括2016年拉斯克奖。他于2016年5月起担任弗朗西斯·克里
1943年诺贝尔生理学 或医学奖
1943年诺贝尔生理学或医学奖 发现了维生素K 达姆Henrik Carl Peter Dam 丹麦 哥本哈根工艺研究 所 1895年—1976年发现了维生素K的化学性质 多伊西 Edward Adelbert Doisy 美国 圣陆易斯大学 1893年—1986年 1929年达姆研究母鸡是如何合成胆固醇的问题。在实验中，他用合成的食物来喂养母鸡，在这种条件下，母鸡的皮下和肌肉内出现了细小的出血点。这种出血现象似乎表明母鸡得了坏血病，因此他在食料中添加了柠檬汁，他所采用的这种治疗方法，是一个半世纪前由林德首先提出的。但这无济于事。于是，达姆试用别的食物添加剂，他把各种维生素分别加入食料中，这些维生素自从艾克曼时代以来，已被发现是食物中的痕量重要成分。结果毫无作用，因此他不得不得出这样的结论：还有一种迄今未知的维生素。因为这种维生素似乎是血液凝结所必需的，所以他称之为“维生素K”，之所以这样命名，是由于在德文中“凝结”一词的拼法为“Koagulation”。多伊西由于进一步发现维生素K以及其结构和生理作用，而与亨利克·达姆共同获得1943年诺贝尔生理学或医学奖。 1944年诺贝尔生理学或医学奖 单根神经纤维截然不同的功能研究
厄兰格 Joseph Erlanger 美国 华盛顿大学1874年—1965年 伽赛尔Herbert Spencer Gasser 美国 洛克菲勒医学研究所 1888年—1963年 1900年厄兰格进入约翰斯·霍普金斯大学生理教研室，之后他又到威斯康星大学新建的医学院任生理系主任。伽赛尔即是他的学生之一，并在此与他协作。20世纪20年代他们研究神经纤维的电学性能，得出了非常精确的数据。他们并未采用艾因托文所应用的高敏感度示波器，而是应用布劳恩的示波器来放大所检测的电流。他们应用这种方法测出不同的神经纤维是以不同的速度来传导冲动，传导的速度与纤维的粗细成正比。 1945年诺贝尔生理学或医学奖 发现了青霉素以及它对多种传染性疾病的治疗作用 弗莱明Sir Alexander Fleming 英国 伦敦大学1881年—1955 年 钱恩 Ernst Boris Chain 英国 牛津大学 1906年— 1979年 弗洛里 Sir Howard Walter Florey 英国 牛津大学 1898年—1968年
端粒及端粒酶的主要结构特点及作用 端粒是真核生物线性染色体末端重要的DNA-蛋白质复合结构，由TTAGG重复序列和大量的端粒结合蛋白组成。主要是由六个端粒结合蛋白TRF1、TRF2、POT1TIN2、TPP1和Rap1组成的复合体起着保护端粒的作用，被称为是遮蔽蛋白。其中端粒重复序列结合因子TRF1和TRF2是两个主要的端粒结合蛋白，它们通过相互作用来维持端粒的正常结构和功能。 端粒的功能：1、保护染色体末端：真核生物的端粒DNA-蛋白复合物，如帽子一般，保护染色体末端免于被化学修饰或被核酶降解，同时可能还有防止端粒酶对端粒进行进一步延伸的作用。改变端粒酶的模板序列将导致端粒的改变，从而诱导细胞衰老和死亡。 2、防止染色体复制时末端丢失：细胞分裂、染色体进行半保留复制时，存在染色体末端丢失的问题。随着细胞的不断分裂，DNA丢失过多，将导致染色体断端彼此发生融合，形成双中心染色体、环状染色体或其他不稳定形式。端粒的存在可以起到缓冲保护的作用，从而防止染色体在复制过程中发生丢失或形成不稳定结构。 3、决定细胞的寿命：染色体复制的上述特点决定了细胞分裂的次数是有限的，端粒的长度决定了细胞的寿命，故而被称为“生命的时钟”。 4、固定染色体位置：染色体的末端位于细胞核边缘，人类端粒DNA和核基质中的蛋白相互作用，以′TTAGGG′结构附着于细胞核基质。 端粒酶的结构及功能：端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，由端粒逆转录酶(hTERT)、端粒酶RNA组分(hTR)以及端粒酶相关蛋白组成。端粒酶利用其自身hTR所携带的RNA为模板，在hTERT的逆转录催化下，将端粒重复序列合成到染色体末端，延长或稳定了随着细胞分裂而进行性缩短的端粒，在细胞永生化及恶性肿瘤的发生和发展中起到了重要的作用。 总之，端粒酶是一种特殊的反转录酶，是一种能延长端粒末端并保持端粒长度的核糖蛋白酶，由RNA和蛋白质亚单位组成，每个RNA均含有一段短的与端粒互补的序列，能以自身RNA模板合成端粒DNA添加到染色体末端，避免染色体复制丢失端粒DNA以使端粒延长从而延长细胞寿命。 蛋白质的一二三四级结构 一级结构：指多肽中从N-端到C-端的氨基酸序列,包括二硫键的位置。二级结构：多肽链借助氢键排列自己特有的a螺旋和b折叠片断。三级结构：指一条多肽链在二级结构或者超二级结构甚至结构域的基础上，进一步盘绕，折叠，依靠共价键的维系固定所形成的特定空间结构成为蛋白质的三级结构。 四级结构：指蛋白质的多条多肽链之间相互作用所形成的更为复杂聚合物的一种结构形式，主要描述蛋白质亚基空间排列以及亚基之间的连接和相互作用，不涉
资料1 解读诺贝尔医学奖：什么是端粒和端粒酶 近日，诺贝尔基金会宣布，将2009年诺贝尔生理学或医学奖授予因发现端粒和端粒酶如何保护染色体的三位学者。 什么是端粒和端粒酶呢？ 端粒是真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。形态学上，染色体DNA末端膨大成粒状，像两顶帽子那样盖在染色体两端，因而得名。在某些情况下，染色体可以断裂，这时，染色体断端之间会发生融合，或者断端被酶降解。但正常染色体不会整体地互相融合，也不会在末端出现遗传信息的丢失(被降解之类)。可见端粒在维持染色体和DNA复制的完整性有重要作用。 真核生物双螺旋DNA双链复制时，会有一小段DNA引物连接在复制的起始部位，在合成酶的作用下，在引物后依次连接上A、T、C、G(脱氧核苷)，形成新的DNA链。复制完成后，最早出现的起始端引物会被降解，留下的空隙没法填补，这样细胞染色体DNA将面临复制一次就缩短一些的问题。这种缩短的情况在某些低等生物的特殊生活条件下可以观察到，但却是特例。事实上，染色体虽经多次复制，却不会越来越短。早期的研究者们曾假定有一种过渡性的环状结构来帮助染色体末端复制的完成，但后来却一直未能证实这种环状结构的存在。 20世纪80年代中期，科学家们发现了端粒酶。当DNA复制终止时，端粒酶的作用下，通过端粒的依赖模版的复制，可以补偿由去除引物引起的末端缩短，因此在端粒的保持过程中，端粒酶至关重要。 随着细胞分裂次数的增加，端粒的长度是在逐渐缩短的，当端粒变得不能再短时，细胞不再分裂，而会死亡。并且发现，体细胞端粒长度大大短于生殖细胞，胚胎细胞的端粒也长于成年细胞。科学家发现，至少可以认为在细胞水平的老化，和端粒酶的活性下降有关。 因此，有人希望能把端粒酶注入衰老细胞中，延长端粒长度，使细胞年轻化，或者是给老人注射类似端粒酶的制剂，延长老者的端粒长度，达到返老还童的目的。但生物整体的老化，是一个非常复杂的问题，端粒的长度只是决定衰老的一个因素，因此端粒酶抗衰老，目前只具理论价值，连动物实验都很少，更别说应用于人了。 不过，端粒的缩短，的确和很多疾病有关。许多研究发现，基因突变、肿瘤形成时，人体的端粒可表现出缺失、融合或序列缩短等现象。而且，在一些癌症细胞中，端粒酶活性增高，它与端粒之间有某种联系，所以这些癌细胞可以分裂很多次。某些特定的癌细胞，如果可以阻止端粒酶，端粒就会变短，癌细胞就会死亡。所以深入研究端粒和端粒酶的变化，是目前肿瘤研究中的一个新领域。 资料2 端粒和端粒酶的研究 摘要：自端粒和端粒酶发现以来，就一直成为科技工作者的研究热点。端粒具有保护染色体的功能，同时也是端粒酶的底物，解决DNA复制的末端隐缩，保证染色体的完全复制。而端粒酶具有对端粒的延伸作用，使之处于一种不断伸缩的动态平衡中，端粒酶也可以修复断裂的染色体末端。端粒和端粒酶的存在保证了染色体或基因组的稳定性，与细胞的正常分裂有关。最近的研究表明端粒和端粒酶与人的衰老、癌症有重
端粒与端粒酶的发现历程——记诺贝尔生理学或医学奖 本文是基于个人理解来整理的端粒和端粒酶的发现历史，因为知识时间有限，其中必有偏差和谬误的地方，关键之处还是以 原始文献为主。本人之所以赶这趟诺贝尔奖热，花大量的时间进行文献阅读和整理，是因为它提供了一次极好的向公众传播 科学思想的机会。由于端粒和端粒酶领域的一系列发现贯穿着"发现现象/问题"-"提出概念/模型"-"实验验证"的思路，重现这个思路对科学工作者是有启发意义的。本文也提供了一个很好的教学案例。 引言－到底是"谁"得诺奖了？ 2009年诺贝尔生理学或医学奖授予了UCSF（加州大学旧金山分校）的Elizabeth Blackburn（简称Liz），Johns Hopkins University（约翰霍普金斯大学）的Carol Greider（简称Carol），以及Howard Medical School （哈佛医学院）的Jack Szostak。诺贝尔奖主页上介绍她/他们获奖的原因是揭示了"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），这样描述是非常专业的。当然更多的公众媒体为了吸引眼球，会用"Aging Research Wins Nobel Prize"（衰老研究 摘取诺贝尔奖）的标题，这颇有误导之嫌。"揭开衰老与癌症的奥秘"，这样的标题更是耸人听闻，偏离这 个诺贝尔奖的用意了。 不可否认端粒和端粒酶的发现能获得诺贝尔奖，是因为它跟衰老和癌症的潜在关系获得了更多公众的关注。但是迄今为止它只是衰老和癌症的correlator（相关者），勉强算得上indicator（指示者），还远不是causer （引起者）。当年发现衰老的细胞端粒变短之后，人们兴奋地以为找到了衰老的"时钟"，揭开了衰老的奥秘。但是事实上端粒在生理条件下并不是细胞衰老的" 瓶颈"，细胞或机体的衰老是其它原因导致的老化。小鼠的端粒是比较长的，如果把小鼠的端粒酶RNA亚基敲除，它能活得很自在，并不会早衰，生殖力也 正常。那也就是说在当代的小鼠中，端粒缩短并不是小鼠衰老的原因。这样的小鼠可以一直传6代。当然越到后来，端粒越短，染色体也开始融合[1]。癌细胞的增殖需要端粒的不断复制，但是我们知道端粒酶激活只是癌细胞发生中比较重要的一环，但远不是唯一的一环。端粒酶固然是治疗癌症的一个潜在靶标，但是癌细胞也能通过recombination（遗传重组）延长端粒，逃脱对端粒酶的依赖[2]。 所以，不能说是"衰老或癌症"的研究得诺奖了，它跟cell cycle（细胞周期）的研究得诺奖一样，更多的是对细胞基本功能的重要研究的肯定。而这个研究的进程中贯穿着"发现现象/问题"-"提出概念/模型"-"实验验证"的思路，整个过程就像相继解开一个个puzzle（智力谜团）一样有趣，充满了思想的光辉。"Nobel Prize in Medicine Awarded for Cracking DNA Puzzle"（诺贝尔医学奖授予解开DNA谜团"的研究"），这样的标题最为精准。换个角度，我们不妨说是解"puzzle"得了诺奖。 染色体DNA的两个难题以及端粒概念的提出 20世纪70年代初，对DNA聚合酶特性的深入了解引申出了一个染色体的复制问题。DNA聚合酶在复制DNA的时候必须要有引物来起始，而且它的酶活性具有方向性，只能沿着DNA5'到3'的方向合成。染色 体复制之初可以由小RNA作为引物起始合成，之后细胞的修复机器启动，DNA聚合酶能够以反链DNA 为模板，以之前合成的DNA为引物，合成新的DNA取代染色体中间的RNA引物。但是线性染色体最末 端的RNA引物因为没有另外的引物起始，没有办法被DNA取代。所以线性染色体DNA每复制一轮，RNA 引物降解后末端都将缩短一个RNA引物的长度（图一）。尽管这个引物不长，但是细胞千千万万代地不 断复制，如果不进行补偿，染色体不断缩短，最终就会消失。James Watson（因为发现DNA双螺旋结 构获得诺奖）最早就明确指出了这个"末端隐缩问题"，并猜想染色体也许可以通过在复制前联体（染色体 末端跟末端连起来）的方式来解决末端复制的问题[3]。
端粒和端粒酶的发现历程 廖新化 引言 2009年诺贝尔生理学或医学奖授予了UCSF（加州大学旧金山分校）的Elizabeth Blackburn （简称Liz），Johns Hopkins University（约翰霍普金斯大学）的Carol Greider（简称Carol），以及Howard Medical School（哈佛医学院）的Jack Szostak。诺贝尔奖主页上介绍她/他们获奖的原因是揭示了 “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）。端粒和端粒酶的研究进程中贯穿着“发现现象/问题”-“提出概念/模型”-“实验验证”的思路，整个过程就像相继解开一个个puzzle（智力谜团）一样有趣，充满了思想的光辉。重现这个思路对科学工作者是有启发意义的。本文也提供了一个很好的科学问题推演的教学案例。 染色体末端的两个难题以及端粒的概念 20世纪70年代初，对DNA聚合酶特性的深入了解引申出了一个染色体的复制问题。DNA 聚合酶在复制DNA的时候必须要有引物来起始，而且它的酶活性具有方向性，只能沿着DNA5’到3’的方向合成。染色体复制之初可以由小RNA作为引物起始合成，之后细胞的修复机器启动，DNA聚合酶能够以反链DNA为模板，以之前合成的DNA为引物，合成新的DNA取代染色体中间的RNA引物。但是线性染色体最末端的RNA引物因为没有另外的引物起始，没有办法被DNA取代。所以线性染色体DNA每复制一轮，RNA引物降解后末端都将缩短一个RNA引物的长度（图1，简化的示意图，实际上染色体的DNA双链末端不会是平的）。尽管这个引物不长，但是细胞千千万万代地不断复制，如果不进行补偿，染色体不断缩短，最终就会消失。 James Watson（因为发现DNA双螺旋结构获得诺奖）最早就明确指出了这个“末端隐缩问题”，并猜想染色体也许可以通过在复制前联体（染色体末端跟末端连起来）的方式来解决末端复制的问题[1]。
端粒与端粒酶的研究进展综述 作者：专业：遗传学学号： 摘要：端粒是稳定线性染色体末端的特殊结构，端粒酶可修复细胞分裂过程中不断丢失的末端端粒序列。端粒与端粒酶的存在在细胞的永生化中扮演着重要的角色，是细胞衰老与癌变的重要决定因素。本文综述了端粒与端粒酶目前的研究进展，及其与细胞衰老和肿瘤的关系。 关键词：端粒；端粒酶；肿瘤；细胞衰老 1.端粒与端粒酶 1.1端粒及其功能 端粒( t e l o m e r e )是真核细胞染色体的生理性末端, 由含G量的高DNA序列和相应的蛋白组成，不同生物的端粒各异。端粒广泛存在于真核生物细胞中, 具有特殊的功能：保护染色体末端；防止染色体复制时末端丢失；决定细胞的寿命；固定染色体位置等[1]。 1.2端粒酶及其功能 端粒酶（Telomerase）是一种核蛋白逆转录酶，由小分子RNA和蛋白质组成，能够合成和延伸端粒的核糖核蛋白。端粒酶以自身RNA 为模版，能够逆转录合成具DNA 重复序列的端粒，从而使得端粒延长，保持染色体结构的相对恒定。 近年来，端粒及端粒酶的研究已成为热点。这不仅因为它们具有维持生物遗传信息稳定、调控细胞生命周期的重要功能，还由于端粒
及粒酶的行为异常与多种人类肿瘤及肿瘤密切相关。 2.端粒、端粒酶与肿瘤 正常培养的人类成纤维细胞在分裂期间端粒是逐渐缩短的，这些缩短的端粒激活了细胞衰老程序，但是有少数细胞则可以细胞衰老调控机制失控的条件下癌变，此时端粒酶被重新激活以维持癌细胞无限增殖的能力。因此端粒酶的活性有无与强弱与癌症的发生和治疗有着密切的关联。 端粒酶的两个基本组分分别是作为端粒DNA模板合成端粒序列的功能性RNA（hTERC），和具有逆转录酶活性的催化蛋白——人端粒酶逆转录酶基因（hTERT），hTERT的表达与端粒酶活性密切相关是端粒酶活性的限速决定因子[2]。 雷红玮等[3]以荧光定量PCR分析hTERT的mRNA变化水平发现端粒酶的活性能够被JAK抑制剂所抑制，提示了端粒酶的活性激活与抑制依赖于JAK通路。通过调控JAK通路可使端粒酶的活性受到抑制，阻碍癌细胞的永生化，为治疗癌症提供了新的思路。 吴成举等[4]对组织标本中的hTERT进行RT-PCR扩增，检测端粒酶活性的表达，得出端粒酶结构中hTERT表达可以作为评价胃癌的重要指标之一。黄东海等[5]对丙氧鸟苷5-氟尿嘧啶对肺癌细胞的杀伤效果进行了分析指出化疗药物的不同使用剂量hTERT水平之间存在的关系。并得出hTERT可以用来评定肿瘤是否易于复发。 端粒、端粒酶与肿瘤的发生于发展有着密切的关系，所以通过端粒与端粒酶的活性控制、含量检测等手段，可以在肿瘤的提前发现，