河北师范大学
细胞生物学课程论文
小议端粒和端粒酶与细胞衰老、
癌变的关系
学生姓名张**
学号 2012012***
专业班级生物科学*班
批阅教师崔**
成绩
2015年1月
小议端粒与端粒酶和细胞衰老、癌变的关系摘要端粒位于真核细胞染色体的末端，由短的串联重复DNA片段及其结合蛋白组成，有细胞有丝分裂的“生命时钟”之称。在胚胎发育的过程中，绝大多数体细胞失去了端粒酶的活性,所以随着体细胞分裂次数的增加,端粒长度将逐渐缩短。当端粒缩短到一定程度时,细胞将无法维持基因组的稳定性及染色体结构的完整性而发生衰老。在细胞衰老调控机制失控的情况下,端粒的极限缩短将导致细胞死亡或癌变。当细胞癌变时，端粒酶的活性被重新激活以维持端粒的长度和结构,使癌细胞具有了无限增殖的能力。
关键词端粒;端粒酶;衰老;癌变
自从在人的细胞中发现端粒酶之后，“端粒-端粒酶学说”就不断得到证实和发展。尤其是在2009 年，美国科学家伊丽莎白·布莱克本、卡萝尔·格雷德和杰克?绍斯塔克三人因揭示端粒和端粒酶保护染色体这一机制而荣获诺贝尔生理学或医学奖后，端粒及端粒酶与衰老、癌症的潜在关系更是引起了科学家及公众的极大关注，对端粒系统的研究也成为生命科学研究的热点之一。研究表明，端粒具有防止染色体末端降解、融合从而起到保护染色体的完整性，避免遗传信息在复制过程中丢失，维持细胞稳定性的作用。综合早先实验发现衰老细胞的端粒缩短，而且在85%肿瘤细胞中检测到端粒酶活性的事实，可以肯定端粒、端粒酶与细胞衰老、癌变是有关联的[8]。1 端粒与端粒酶
1.1 端粒的结构与功能
端粒是真核细胞染色体3'末端的非编码DNA序列，由富含鸟嘌呤G的DNA重复序列以其相关蛋白组成，是DNA-蛋白复合物。端粒既有高度的保守性又有种属的特异性，人的端粒是以 5'-TTAGGG-3'为重复单位的且富含鸟苷酸的序列，以3'端为结构末端，但3'端不悬挂在端粒末端，而是折回到端粒内部双链重复序列的某一区域，将该端区域中的一段自身链置换出来,取而代之与其互补链配对,形成T 环，最末端的单链区反转入端粒的双链区再形成D环[1]。端粒存在两种相关蛋白：端粒结合蛋白和端粒相关蛋白。其中，端粒结合蛋白是一类特异结合在端粒DNA 上的蛋白质；端粒相关蛋白是一类与TBP结合的蛋白质。这两种蛋白
质对于端粒长度具有负性调节作用,并且可抑制端粒酶活性。不同个体的端粒长度各异，在人体中大约为15kb,在大鼠中可长达150 kb，而在尖毛虫中只有20bp。几乎在所有生命体中，端粒DNA的长度总会随着外界环境波动而发生变化。
端粒的主要功能有：第一，保护染色体不被核酸酶所降解；第二，防止染色体间相互融合；第三，为端粒酶提供底物，解决 DNA不完全复制问题。因为不完全复制机制使得细胞每分裂一次，约丢失一个岗崎片段长度的DNA，当分裂超过100次,端粒缩短至2～4 kb时,端粒失去保护染色体末端的作用,染色体稳定性遭到破坏,细胞开始衰老或凋亡,因此称端粒为细胞分裂次数的“生命时钟”[4]。
1.2 端粒酶的结构与功能
端粒酶又名端粒末端转移酶，是一种能延长端粒末端的核糖蛋白酶,由RNA成分(hTR)、催化亚单位(hTERT)和端粒酶相关蛋白1(hTEP1)3个亚单位组成，有着非常重要的生物学功能：它以自身RNA为模板，不断地合成新的端粒DNA序列，添加到端粒末端，弥补其在复制中的丢失，解决末端复制问题，维持端粒长度的稳定,赋予细胞无限增殖能力。另有实验表明，端粒酶还有其他生物学功能：第一，端粒酶参与了胞浆Ca2+水平的调节；第二，端粒酶参与了细胞因子的调节；第三，端粒酶参与了组织分化的调节；第四，端粒酶在一定程度上有保护线粒体的作用；第五，端粒酶参与了细胞凋亡级联反应核信号的发放；第六，端粒酶参与了细胞周期和细胞增殖的调控[6]。
1.3端粒酶活性的调节
端粒酶活性的调节方式一般分为两种，一种是通过诱导端粒酶以增强其活性，主要利用携带 hTERT基因的载体转染干细胞的方法激活端粒酶，使被转染的干细胞端粒酶活性升高；另外一种是抑制端粒酶的活性，使端粒酶保持较低水平的表达，甚至停止表达[3]。端粒酶基因扩增是癌变常见的现象，与端粒酶活性不一定相关，但研究表明 hTERT或hTERC 基因扩增与肿瘤的预后有相关性，其中hTERT是维持端粒酶活性所必须的。RNA依赖的DNA聚合酶可以识别单链富含G的寡核苷酸引物,以其RNA组分的碱基为模板和端粒重复序列进行碱基互补配对,具有RNA依赖的DNA多聚酶活性蛋白在合成、延伸碱基序列中有催化作用。端粒酶可以合成端粒中重复的DNA序列,维持端粒的长度,使增殖旺盛的细
胞与肿瘤细胞端粒能够保持动态平衡[7]。在正常组织细胞包括正常干细胞中，端粒酶只是暂时性、低水平的表达，细胞端粒酶的活化是细胞癌化的一个重要步骤，且与癌细胞的增殖、分化、转移、凋亡和细胞周期有关。端粒酶与恶性肿瘤之间的相关性,使得端粒酶有望成为治疗肿瘤的新靶标。
2 端粒、端粒酶与细胞衰老
细胞衰老是正常细胞在有丝分裂增殖的过程中，端粒不断缩短,当缩短到一个临界长度时，细胞染色体会发生畸变而失去稳定性,发出阻止细胞进一步分裂的信号，使细胞失去复制能力，最终导致其衰老和死亡。正常的人类体细胞在S 期存在短暂的人端粒酶逆转录酶低表达。这对维持端粒的结构和细胞的增殖有重要意义。如果阻断其表达会导致端粒迅速缩短、DNA损伤修复能力下降、细胞增殖减慢以及提前进入增殖的衰竭期，但这并不影响端粒缩短的总速率。这从另一方面表明端粒结构的破坏同样能够引发增殖衰竭。
在增殖衰竭的过程中需要p53和Rb肿瘤抑制通路的参与，二者功能障碍，如基因突变或癌基因的抑制作用等可允许人类细胞跨过增殖衰竭期使细胞继续增殖。在细胞经过20～30群体倍增次数后，进入危机期，出现退化，如双着丝粒的形成、染色体变短而失去稳定性，分裂细胞逐渐减少，超过半数细胞发生凋亡，而病毒、原癌基因和抑癌基因突变体等却可以令细胞绕过增殖衰竭期实现继续生长。当前端粒诱导细胞增殖衰竭主要采用DNA损伤监控点反应来进行解释。功能存在障碍的端粒不能有效的保护染色体末端，而引发类似DNA双链断裂的反应。这里包括DNA损伤监控点激酶CHK1和CHK2的激活和一系列相关蛋白的表达。如果DNA损伤监控点激酶灭活，可使增殖衰竭的细胞重新进入S期。增殖衰竭和其他形式的细胞周期停滞(如休眠)有所不同：首先，体细胞增殖衰竭通常是不可逆的；其次，增殖衰竭细胞存在特异性的形态和分子生物学表现，如细胞平展和贴附能力增强等[9]。
端粒长度、结构及功能依赖端粒酶活性的调节。人体中的端粒酶负责向端粒重复添补DNA短序列，以防细胞在分裂过程中丢失遗传信息，当细胞中的端粒酶活性足以维持端粒长度的时候，细胞将会延缓衰老。但在人体细胞中，端粒酶的活性受到非常严密的调控，正常成年人几乎所有细胞端粒酶都处于休眠状态，除了造血细
胞、干细胞和生殖细胞。因此，端粒酶在正常人体组织中活性被抑制，在极少数情况下，个别细胞的端粒酶激活，以自身的RNA为模板修复损伤的端粒 DNA，稳定其长度，恢复染色体的稳定性，从而使细胞得以逾越危机期，获得无限分裂和增殖的能力。细胞永生化过程包括端粒维持机制的激活和某些生长调控通路的改变，因此永生化细胞系不仅具有无限的生长增殖潜力，还表现出生长增殖速度和抵抗外界有害刺激能力的提高。
3 端粒、端粒酶与细胞癌变
正常细胞和癌细胞复制中端粒的差异性表现为在正常的人体细胞中，随着年龄的不断增长，端粒会逐渐变短，几乎检测不到端粒酶的活性，而几乎所有的人类恶性肿瘤细胞中的端粒酶均表现活性。肿瘤组织中TERT的表达存在明显的异质性,一部分TERT 阴性的肿瘤细胞会发生凋亡。当前认为，端粒酶的激活并不是癌变起始阶段所必需的，但对肿瘤维持有重要的意义。例如，腺病毒E1A、突变型Ras 以及MDM2等癌基因的共同表达会造成正常人体细胞的癌变，这一过程并不需要端粒酶的激活，但这些癌变细胞在体外或裸鼠体内的长期生长、增殖却需要端粒酶的作用。除此之外，端粒酶在癌变过程中发挥的的作用并不只限于维持端粒的稳定性。Stewart 等研究发现，癌基因 H-Ras在A LT永生化细胞系GM 847 中的表达不足以导致癌变，但在此基础上hTERT和其突变型的引入却能获得肿瘤表型。这很可能是端粒酶调控一些影响细胞增殖与凋亡基因表达的结果[5]。
端粒酶是促使癌细胞无限增殖的关键酶。癌细胞中显现活性的端粒酶，一方面维持了端粒的长度，使细胞获得永生；另一方面缩短了细胞周期，使细胞生长较快。如今端粒酶已经成为抗肿瘤治疗的一个新靶点，但这种方法也有缺陷：①虽然几乎所有的人类恶性肿瘤细胞中的端粒酶均呈现活性,但各种肿瘤中端粒酶的表达量存在差异,有的由于表达量过低而难以进行有效的治疗；②细胞对端粒酶的免疫耐受也是难以解决的问题之一，高MHC亲和力的肽段常难以诱导产生CTL，而低MHC亲和力的肽段又缺乏T 细胞的亲和力[2]。
4 结语
近年端粒、端粒酶在细胞增殖、机体发育各阶段的动态变化和众多调控因子作用的研究表明，二者处于复杂的时序调控网络当中，而且端粒酶发挥作用的不同可能在很大程度上决
定于其表达方式(剂量、时象)的差异。大量实验表明端粒的耗损是衰老机制中很重要的环节。端粒酶是肿瘤组织中的标志性酶，是癌症靶向治疗的重要靶点之一。在衰老与癌症日益被关注的今天，科研工作者将围绕端粒和端粒酶这条线索不懈探索，揭开人类衰老的面纱，早日攻克癌症这一医学难题。
参考文献
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端粒和端粒酶的研究及应用 2005-4-11 https://www.doczj.com/doc/881921308.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。
第3、4节细胞的衰老和凋亡细胞的癌变 学习目标核心素养 1．描述细胞衰老的特征。(重点) 2.简述细胞凋亡与细胞坏死的区 别。(重难点) 3.理解癌细胞的主要特征。(重点) 4.说出致癌因子的种类及致癌机 理。(重难点) 1．通过学习细胞衰老、凋亡和癌变，形成 结构与功能相适应的生命观念。 2.通过比较细胞衰老、凋亡和癌变，养成比 较与分类的科学思维方法。 3.通过学习细胞衰老、凋亡和癌变与人体健 康的关系，树立关爱人体健康的社会责任。 一、细胞衰老 1．个体衰老与细胞衰老的关系 (1)单细胞生物：细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。 (2)多细胞生物 ①体内的细胞总是在不断更新着，总有一部分细胞处于衰老或走向死亡的状态。 ②从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。 2．细胞衰老的特征 (1)细胞衰老过程的含义 细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。 (2)特征 ①代谢的变化 ②细胞核的变化
3．细胞衰老的原因 对于细胞衰老的原因提出了很多假说，目前大家普遍接受的是自由基学说和 端粒学说。 二、细胞凋亡 1．细胞的凋亡 (1)概念 决定因素 基因 凋亡机制 遗传机制决定的程序性调控 凋亡过程 自动结束生命 别称 细胞编程性死亡 (2)①个体发育过程中细胞的编程性死亡。 ②细胞的自然更新。 ③被病原体感染的细胞的清除。 (3)意义 ①完成正常的发育。 ②维持内部环境的稳定。 ③抵御外界各种因素的干扰。 2．细胞坏死 在种种不利因素影响下，由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤 和死亡。 三、细胞癌变 1．癌细胞 (1)概念 ①引起原因???外因：致癌因子的作用内因：细胞中遗传物质发生变化 ②特点：不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞。
端粒、端粒酶与癌症(一) 【摘要】端粒和端粒酶是近年来生命科学研究的热点。细胞分裂过程中，因其染色体末端(端粒)DNA不能完全复制而缩短，使细胞逐渐失去增殖能力而衰老，端粒酶可延长染色体末端DNA，端粒酶的活化使细胞获得无限增殖能力。在永生细胞系及绝大多数的恶性肿瘤(85%)细胞中有活化的端粒酶。本文综述了端粒与端粒酶的结构与功能，端粒酶在端粒合成与稳定中的作用，介绍了端粒酶活性的测定方法，并讨论了通过抑制端粒酶活性来治疗癌症的可能性。 【关键词】端粒；端粒酶；癌症 端粒(telomere)和端粒酶(telomerase)是近年来生命科学研究的热点之一，正常细胞在分裂过程中，因其染色体末端(端粒)DNA不能完全复制而缩短，细胞经多次分裂后，端粒缩短达到危机点(crisis)，促发某一信号，使细胞逐渐失去增殖能力而衰老死亡。端粒酶可延长染色体末端DNA，端粒酶的活化使细胞获得无限增殖能力。基于此，有少数细胞(如永生细胞系)及绝大多数恶性肿瘤细胞(85%)可逃逸这一危机点。因为在这些细胞中含有活化的端粒酶系统，从而使细胞获得无限增殖能力，使之永生化和恶变，因此，对端粒和端粒酶系统的研究，有助于阐明细胞衰老和恶变机制，对肿瘤的诊断、治疗以及抗衰老都具有重要的理论和实际意义。一般认为，癌症是由多种突变的积累，破坏了细胞正常的生长调控而引起的，除了一些明确的病因外，有许多实验结果支持这样一种假说，即端粒酶的激活对许多恶性肿瘤细胞的形成是必需的，且肿瘤细胞与端粒酶活动增加之间存在相互激发的关系〔1〕。这种显著的相关性提示:在肿瘤细胞恶性状态的进展和维持中，端粒酶可能起到关键性的作用。本文就端粒与端粒酶研究的最新进展作一综述，具体讨论了端粒的结构与功能，端粒酶在端粒合成与稳定中的作用，介绍了端粒酶活性的测定方法，细胞永生与端粒酶激活的关系，提出了通过抑制端粒酶活性来治疗癌症的可能性。1端粒(telomere) 1.1端粒(telomere)的概念 端粒是指真核细胞线性染色体末端的蛋白质-DNA特殊结构，即染色体末端DNA序列的多个重复，其作用是保护和稳定染色体的末端，它由2～20kb串联的短片段重复序列(TTAGGG)n 及一些结合蛋白组成。四膜虫(单细胞生物)端粒的结构是6个核苷酸5＇-TTGGGG-3＇序列的多次重复。人类为5＇-TTAGGG-3＇序列的多次重复。随着细胞不断分裂，染色体复制次数增加，端粒DNA序列进行性缩短。故粒端长度决定了细胞寿命，至一定长度时，细胞停止分化，并出现程序性死亡(细胞凋亡，Apoptosis)。端粒作为细胞的“有丝分裂钟”(mitosisclock)调节细胞分裂。早衰的端粒长度明显低于正常人，而人精原细胞的端粒长度比体细胞长数千kb，并不随年龄增长而递减〔2〕。1.2端粒的结构、功能 1978年，Blackbum发现一种单细胞池塘生物四膜虫的染色体端粒DNA为一种简单核苷酸序列的大量重复，即(TTGGGG)n，后来证明人和脊椎动物的端粒均为含有丰富鸟嘌呤(G)的重复DNA序列，人类端粒DNA由5＇TTAGGG3＇的重复单位构成，细胞中端粒DNA总是和非组蛋白成分的蛋白质结合成一个复合体，其结构虽不清楚，但它有重要的作用，可以保护染色体末端不被核酸酶降解，防止染色体末端丢失、融合，并参与染色体在核内定位及基因表达调控的作用，从而保持遗传系统的稳定性。 2端粒酶 2.1端粒酶的概念 端粒酶为一种RNA依赖性DNA聚合酶，为一种核糖核蛋白酶，是合成端粒必需的酶。端粒的合成是以一段RNA为模板，端粒酶通过反转录过程合成端粒片段，并使其连接于染色体的端粒末端。端粒酶的发现，解释了生物细胞“末端复制问题”，并将两个看似不相关的研究领域—衰老和癌症紧密地联系在一起。Kim等(1994)建立了能稳定、成批、快速分析各组织端粒酶活性的Trap法，这是Kim等巧妙引用了PCR技术形成的粒端重复扩增分析法。端粒
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。
班级姓名 衰老、凋亡和癌变 【自主预习区】 一、学习目标： 1、描述细胞衰老的特征。 2、说出细胞凋亡和死亡的区别。 3、说出癌细胞的主要特征。 4、了解致癌因子。 二、学习重点：细胞的衰老、凋亡和癌变的特点。三、学习难点：细胞凋亡和死亡的区别。四、学法指导 预习课本第121-127的内容，完成自主预习的内容。 五、自主预习 （一）个体衰老与细胞衰老的关系 对于单细胞生物来说，细胞的衰老或死亡就是_______的衰老或死亡；对于多细胞生物来说细胞的衰老或死亡与个体的衰老或死亡不是一回事，但从总体上看，个体衰老的过程也是组成个体细胞___________的过程。 （二）细胞衰老的特征 1．细胞衰老的过程是细胞的_________和________发生复杂变化的过程，表现在细胞的________、_________和__________发生变化。 2．细胞衰老的特征表现在 1）细胞内_______减少，结果使细胞________，体积变小，细胞新陈代谢的速率______。 2）细胞内____________降低。 3）细胞内的________会随着细胞衰老而逐渐积累 4）细胞内___________减慢，细胞核的体积_______，核膜______，染色质_________，染色加深。（五）细胞凋亡 1．细胞凋亡是由_______所决定的______________的过程。受到严格的由___________决定的 _______________。 2．细胞凋亡对于多细胞生物体完成__________，维持__________的稳定，以及抵御外界_________的干扰都起着非常关键的作用。 3．细胞坏死是在______________影响下，由于细胞正常代谢活动_____________ 引起的细胞 _______________，对生物体是不利的；而细胞凋亡是一种______的生理过程，对生物体是有利的。 （六）癌细胞的主要特征 1．有的细胞受到__________的作用，细胞中________发生变化，就变成不受机体控制的、连续________的___________细胞，这种细胞就是癌细胞。 2．癌细胞在适宜的条件下，能够___________，正常体细胞一生能够分裂__________次，而癌细胞却不受控制，迅速地_______、_______，___________；癌细胞的__________发生显著变化；癌细胞的____发生了变化，容易在体内______和_______。 （七）致癌因子 1．目前认为，致癌因子可分为______致癌因子，______致癌因子，________致癌因子。
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 ＇
端粒端粒酶与肿瘤 摘要端粒是保护真核细胞末端的“帽子”，当端粒的长度因细胞 复制而缩短达到极限时，细胞就会走向衰老甚至死亡，而端粒酶的存在能补充已经缩短的端粒，从而延长细胞的寿命甚至使其获得永生。而众所周知，癌症细胞的分裂就是永无止境的，这就暗示端粒-端粒酶系统于人类肿瘤的形成与发展有着密切的联系，所以分析研究他们之间的关系对于肿瘤的研究有着重要的意义。现代科学家已经针对他们关系，设计了一些治疗癌症的办法，虽然还没有达到治愈的效果，但是我们应该有充分的理由认为随着科技的进步，癌症的治疗会变的像感冒一样简单。 关键字端粒, 端粒酶（Telomerase）, 端粒结合蛋白, , 肿瘤 近年来，随着人类基因组计划的完成，端粒与端粒酶的研究已成为国际肿瘤分子生物学的研究热点，很多实验都表明了，在肿瘤发生的很多阶段中,端粒缺失造成细胞染色体结构变化以及端粒酶的再激活都可能直接看参与细胞的癌变过程。端粒酶几乎在所有类型的肿瘤中均有不同程度的表达,已被公认为目前已知的最为广泛的肿瘤标志物之一。 1端粒的结构和功能 1.1 端粒的结构 端粒是存在于真核细胞线形染色体末端的一段特殊的DNA和蛋白质的复合物, 平均长度约为5 ～15kb,是DNA链自身回折并与多种端粒结合蛋白复合而成。人类端粒是以5′2 TTAGGG23′为重复单位的富含鸟苷酸的序列, 其结构末端是3′端, 3′端并不悬挂在端粒末端,而是折回到端粒内部双链重复序列的某一区域,并将该端区域的一段自身链置换出来,取而代之与互补链配对,形成的一个环称 为T环, 3′最末端单链区反转探入端粒的双链区再形成D 环。端粒结合蛋白包括端粒酶、保卫蛋白复合体及非保卫蛋白。保卫蛋白复合体由端粒重复序列结合因子,结合因子2（ TRF2）,端粒保卫蛋白1 , TRF1 相互作用核蛋白,TIN2 相互作用蛋白1及阻抑和活化蛋白1 这6个蛋白组成,主要分布在染色体端粒上,保持端 粒结构的稳定。非保卫蛋白,如DNA 修复蛋白RAD50, NBS1, MRE11, Ku86 和DNAPKcs等,分布和功能都不局限在端粒上。这三类端粒结合蛋白协同参与端粒动态平衡的维持和调节。在保卫蛋白复合体中, TRF1是端粒酶的负性调节因子,主要负责调节端粒的长度,控制端粒的延伸。TRF2蛋白则主要负责保护染色体的末端,招募活化蛋白1。TRF2丢失将会导致染色体末端失去保护,造成端粒3′端丢失和染色体末端2末端融合。端粒保护蛋白1的作用涉及调控端粒酶的活性。 1.2 端粒的功能端粒的生物学功能包括: ( 1)稳定染色体; ( 2)防止染色体末端融合; ( 3)保护染色体结构基因;(4)作为细胞凋亡的信号。端粒的长度决定了细胞的寿命,因此端粒被认为是细胞有丝分裂的“生物钟”。根据细胞衰老的理论,细胞衰老分为M1和M2期。正常细胞培养时,由于端粒酶活性缺如, DNA合成的后随链不能有效的复制出染色体3′端,即末端复制问题,每次细胞分裂端粒短缩55～200 bp,当端粒短到一定长度就会被细胞周期蛋白检测出来,随即进入第1个衰老期,这一时期称为M1 期。细胞自M1 期继续分裂,端粒进一步缩短,染色体失
第31卷第1期湖南农业大学学报(自然科学版) V ol．31 No．1 2005年2月Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences) Feb．2005 文章编号：1007-1032(2005)01-0098-08 端粒和端粒酶的结构与功能及其应用 朱雅新1，2，麻 浩1＊ (1.南京农业大学大豆研究所，江苏南京 210095；2.新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830052) 摘要：端粒是构成真核生物线状染色体末端重要的DNA—蛋白质复合结构，DNA由简单的串联重复序列组成．它的合成由一个特殊的具有反转录活性的核糖核蛋白端粒酶完成．端粒对染色体、整个生物基因组，甚至对细胞的稳定都具有重要意义．端粒酶是由RNA模板和蛋白亚基组成的核蛋白颗粒．它解决染色体的末端问题，归属于逆转录酶家族又和逆转录酶有一定的差别．端粒酶的过度表达和细胞的永生化和癌变直接相关．端粒酶的结构和功能决定了它在肿瘤与癌症治疗等方面具有广泛的应用前景． 关键词：端粒；端粒酶；结构与功能；细胞永生化；癌症治疗 中图分类号：Q52 文献标识码：A Structure，Function and Application of Telomere and Telomerase ZHU Ya-xin1，2，MA Hao1* (1.Soybean Research Institute，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China；2.Agricultural College， Xinjiang Agricultural University，Wulumuqi，830052，China) Abstract: Telomere is an important DNA-protein structure．It caps the ends of linear eukaryotic chromosomes．Telomeric DNA consists of tandemly repeated simple sequences．Telomere is synthesized with the action of telomerase，a ribonucleoprotein with reverse transcriptase activity．Telomere plays an important role in maintaining the stability of intact chromosome，genome and cell．Telomerase is a ribonucleoprotein responsible in most eukaryotes for replication of the end of chromosomes．Its RNA subunit acts as a template for the systhesis of telomeric DNA，while a protein component catalyzes this process to make up for convertional DNA polymerases’ inability to replicate completely the end linear DNA．It belongs to the reverase transcriptase family but differs from reverse transcriptase．The overexprossion of telomerase has close relationship with cell’s immortalization and tumorigenesis．The structure and function of telomerase suggest its extensive application in the near future． Key words: telomere；telomerase；structure and function；cell immortalization；tumor treatment 20世纪30年代，遗传学家Mc Clintock和Muller分别在玉米和果蝇中发现损伤断裂后的染色体末端之间极易发生连接，从而形成各种类型的染色体畸变，如末端融合形成环状体或形成双着丝点染色体．但染色体的天然末端似乎从来不与染色体断裂产生的那种末端连接，天然末端之间也不结合，就像有一顶“帽子”那样维持着染色体末端的稳定．于是Muller提出位于染色体两端的片段在细胞里具有重要的作用，并命名它为端粒(Telomere)[1]，这是由希腊语“末端”(Telos)及“部分”(Meros)组成的． 20世纪70年代，Blackburn利用四膜虫(Tetrah- ymena)进一步揭示了端粒的初步结构，发现它是由几个核苷酸(富含G)组成的DNA重复片断，重复的次数由几十到数千不等．1972年，Watson发现了这样一个问题，即DNA多聚酶是不能够复制线性染色质的全部的，由于在末端缺少5′端的引物，DNA 多聚酶将不能完成最后的复制工作，而留下一个单链的间隙．如果这一间隙不能被填充的话，染色体 收稿日期：2004-05-27 基金项目：农业部“948”项目(2001-207)；江苏省“十五”攻关项目(Q200126) 作者简介：朱雅新(1968-)，女，汉族，山东潍坊人，硕士研究生．*通讯作者：E-mail：lq-ncsi@https://www.doczj.com/doc/881921308.html,
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
端粒酶与肿瘤的研究进展 摘要: 端粒是真核细胞染色体末端的特定DNA序列及相关蛋白质组成的复合物，依赖一种特殊的逆转录酶——端粒酶合成。近来的研究表明，肿瘤细胞中端粒有所改变，端粒酶活性也有异常。这就提示我们针对端粒酶而开辟出一条攻克肿瘤的新途径。近年来，关于肿瘤分子水平上的研究表明，肿瘤的发生与不同时期不同的原癌基因的激活与抑癌基因的失活有关。这些基因的突变或缺失使细胞端粒酶活性表达，破坏正常细胞有丝分裂到一定程度便衰老，死亡的细胞周期，使其成为永生细胞。正常体细胞端粒酶处于失活状态。本文将对端粒酶与肿瘤关系方面的一些研究作以简要综述。 关键词: 端粒；端粒酶；肿瘤；肝癌；衰老；治疗 引言：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。 端粒及端粒酶的概念：端粒（telomere)是真核细胞线性染色体末端由端粒DNA 和端粒蛋白质构成一种特殊结构，是富含GC的高度保守的重复核苷酸序列，包括Ku70、 Ku80、依赖DNA的蛋白激酶和端粒重复序列结合因子2（TRF2）等。人的端粒DNA序列 由5'向3'方向的（TTAGGG)n重复串联组成，大约有2至15kb。在正常情况下，随着细 胞分裂，端粒的进行性缩短并诱发一系列分子事件，最终导致细胞发生凋亡；细胞 培养研究表明，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。其功能是完成染色体末端的复制，防止染色体免遭融合、重组和降解。 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”。端粒酶（或端粒体酶）是一种能延长端粒末端的 核糖蛋白酶，主要成分是RNA和蛋白质，其含有引物特异识别位点，以自身RNA为模 版，合成端粒DNA并整合到染色体末端，使端粒延长，从而延长细胞的寿命甚至使细
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