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端粒与端粒酶PPT2

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端粒与端粒酶 ppt课件

端粒与端粒酶 ppt课件

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：
衰老者端粒缩短 大约在85%-95%的肿瘤细胞中检测到了端粒
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
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
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
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
应用这种基因，很有可能得到一种新的蛋白 质——端粒酶控制剂

染色体端粒和端粒酶PPT课件

染色体端粒和端粒酶PPT课件
由于端粒和端粒酶与染色体保护、肿瘤发 生、细胞衰老等现象密切相关，所以它成 为科学家当前的研究热点。
9
二 端粒的结构和功能（一来自端粒的结构10二 端粒的结构和功能
11
二 端粒的结构和功能
（二）端粒的功能
1、稳定染色体末端结构；
12
（1）端粒T环结构 (terminal loop) ，使 染色体末端封闭起来， 免遭破坏；
5
一 端粒和端粒酶的发现和定义
1984年，卡罗尔作为博士研究生进入伊丽 莎白实验室，开始了端粒末端合成机制的 研究工作。
她们假设端粒是由某种酶合成，那么在细 胞裂解液里应该有这种酶的存在，如果使 用四膜虫细胞裂解液在体外能检测到端粒 序列的复制和延伸，那无疑证实这种“酶” 的存在。
6
一 端粒和端粒酶的发现和定义
酶”。
7
一 端粒和端粒酶的发现和定义
（一）端粒 染色体末端由重复
DNA序列和相关蛋 白组成的特殊结构， 具有稳定染色体结构 和完整性的功能。
8
一 端粒和端粒酶的发现和定义
（二）端粒酶（telomerase）
是核蛋白逆转录酶，以自身RNA为模板， 合成端粒DNA，将端粒DNA加至真核细胞 染色体末端，为细胞持续分裂提供遗传基 础。
结果显示，当四膜虫细胞裂解液加入四膜 虫或酵母端粒序列DNA时，其明显被重新 加上了DNA碱基，而且以6个碱基递增的 方式延长，与四膜虫端粒重复基本单位为6 个碱基正好吻合，而对于随机序列的DNA 底物并不发生延伸。
实验结果证明，端粒DNA的延伸是通过
“酶”来完成的，且这种酶的活性不依赖
于DNA模板。这种酶后来被命名为“端粒
同时，杰克绍斯塔克正试图在酵母中建构人工线性染色 体，希望它能够像自然染色体一样在细胞中复制。但他 构建的人工染色体转化入细胞后总是很快降解。

端粒与端粒酶

端粒与端粒酶

端粒结合蛋白
端粒帽 染色体DNA 端粒帽
5 n（CCCCAA） ’
3 （TTGGGG）n ’
n（GGGGTT）
（AACCCC）n
保护端粒不受核酸酶或化学修饰的作用 一般是紧密的非共价键结合
端粒

端粒的功能： 端粒结构的高度保守性表明端粒具有非 常重要的功能。目前认为主要有如下功 能： ①保护染色体末端； ②保证遗传信息的完整复制； ③决定细胞的“寿命”。
端粒重复序列延伸方法

端粒重复序列延伸方法由Morin等于1989 年在端粒酶以自身ＲＮＡ为模板复制端 粒重复序列ＤＮＡ的基础上建立起来的 方法，是传统的端粒检测方法。
端粒重复序列延伸方法

原理： 利用端粒酶在体外可以以其自身RNA 的 模板区为模板，在适宜的寡核苷酸链的 末端添加6 个碱基的重复序列的特性， 由于端粒合成时每合成６个核苷酸就会 暂时停顿，用特异的探针标记，以聚丙 烯酰胺凝胶电泳后放射自显影，阳性标 本可见梯形条带。
端粒酶
端粒酶的结构： 一般认为端粒酶主要由３个部分组成，即 人端粒酶ＲＮＡ（ｈＴＲ）、端粒酶相 关蛋白１（ＴＰ１）和人端粒酶逆转录 酶（hTERT)
端粒酶的结构
1987年，Blackburn
Protein RNA组分
柱层析
RNP结构
四膜虫端粒酶RNP 含有RNA组分和蛋白质组分，两者均为酶活性所必需。对 RNA酶极为敏感。
端粒、端粒酶与肿瘤

如果此时细胞已被病毒转染，癌基因激 活或抑癌基因失活，细胞便可越过M1期， 继续分裂20-30次，端粒继续短缩，最 终进入第二致死期M2期。
端粒、端粒酶与肿瘤

多数细胞由于端粒太短而失去功能并死

端粒与端粒酶

端粒与端粒酶

• 1989年，一位Yale大学的研究人员公布了一项 科学发现，海拉癌细胞含有一种叫做端粒酶的物 质，能使细胞不死。这让控制生物衰老的神秘物 质——端粒酶走进了人们的视线。
参考文献
1.周宏远，肖林，严军，等.恶性肿瘤染色体端粒行为异常与 癌变发生关系研究【J】.肿瘤防治研究所，2001，28 2.Maruyama Y，Hanai H，Kaneko E.Telomere length and telomerase activity in intestinal metaplasia adenoena and welldifferentiated adenocarcinema of the stomach【J】.Nippon Rinsho，1998，56，（5）:1186-1189 3.何剑,陈琼,易红,等.端粒酶的反义核苷酸抑制肺癌细胞端粒酶 活性的研究[J]. 中国现代医学杂志，2004，14（11）:14－17.
端粒酶（Telomerase）
一种RNA依赖性的DNA聚合酶，能维持端粒酶的长度； 除了人体生殖细胞和部分体细胞外，端粒酶几乎对其他所有细胞不起作用，但它却能 维持癌细胞端粒的长度，使其无限增殖。
恶性肿瘤
在本质上是基因病； 研究发现，几乎所有的人体恶性肿瘤细胞中可检测到端粒酶的活性和端粒缩短。
端粒、端粒酶与恶性肿瘤发生的相关关系
的肿瘤特异性，是更加理想的肿瘤端粒酶抑制靶点
端粒酶：灵丹妙药Or学术骗局？
• 端粒酶（Telomerase），在细胞中负责端粒的延长的一 种酶，是基本的核蛋白逆转录酶。

成人体内的少数细胞可制作出这种巨型蛋白复合物，但制 作量非常之少，因此只有部分成分已被确定。 端粒酶仅仅解决了复制长度的问题，并不能解决DNA复 制时的变异问题。端粒能否决定生命长度，还在研究中， 尚未成定论。

[课件]端粒酶及它的PPT

[课件]端粒酶及它的PPT

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端粒酶与衰老的关系
2010年11月28日发表于《自然》杂志的实 验
实验证明
使小鼠缺小鼠出现 乏端粒酶 早发性
.
衰老
恢复 端粒酶
小鼠 恢复 恢复健康
端粒酶
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concepts
1 2 3 4 端粒简介 端粒酶及其作用机制 端粒酶与衰老 端粒酶与癌变You company slogan
1 端粒简介
1.1端粒概念
真核生物染色体的线型DNA复制时，最后一个冈 崎片段的引物被除去后，其末端的序列如何维持 ？真核细胞以另一类机制来保证染色体线型DNA 末端的完整性。 端粒结构位于真核生物染色体的末端，在维持基 因组完整性和功能稳定性方面具有重要的作用。
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端粒与衰老的关系
衰老机制 机制仍然不是很清楚：一种可能性就是端粒缩短引发细胞周期的滞留 以及细胞凋亡，从而减少细胞数目，引起组织异常；另一种可能就是 端粒的缩短会破坏干细胞对于组织的再生，从而引发器官障碍。 端粒长度，结构及功能依赖端粒酶活性的调节是细胞衰老的重要机制 。
经研究表明大多数正常细胞端粒较长，端粒酶阴 性，而大多数永生化细胞端粒较短，端粒酶阳性 ，因此端粒长度与端粒酶活性可能呈负相关，端 粒酶表达呈阴性的细胞的端粒缩短、细胞衰老， 而端粒酶表达呈阳性的细胞的端粒伸长，细胞永 生化。

端粒与端粒酶PPT2.

端粒与端粒酶PPT2.

克隆动物端粒长度的研究
体细胞核移植作为一种有效的无性生殖手段， 在基础研究、组织再生和挽救濒危动物方面有着 巨大的应用力，因此越来越多的受到人们的关注。 目前，在克隆动物端粒长度的研究中，研究 者们比较感兴趣的问题主要有：1、体细胞核移植 生产的克隆动物分娩常会出现各种缺陷，这是否 与端粒长度变化造成发育畸形、 衰老和疾病有关？ 2、克隆动物的端粒在重构胚(胚胎早期)是否或如 何被修复； 3、端粒长度是否会恢复到正常。
五、端粒与端粒酶的研究现状

端粒检测
Telome Health公司 由端粒研究先驱卡尔 文· B· 哈利（Calvin B. Harley）与伊丽莎白· 布 莱克本 ( Elizabeth H. Blackburn)于2010年1月 共同创立。 Life Length公司 由西班牙国立研究中心端粒 与端粒酶研究的负责人玛利亚· A· 布拉斯科 （Maria A. Blasco）在2010年9月创立。
端粒的位置
一、端粒与端粒酶的发现
• 1978 年伊丽莎白通过体外 DNA 复制实验，推断出模 式生物四膜虫（Tetrahymena thermophila）的端粒中 含有许多重复的 5’- CCCCAA- 3’六碱基序列，首次 阐明了四膜虫的端粒结构。同时，杰克· 绍斯塔克正 试图在酵母中建构人工线性染色体，希望它能够像自 然染色体一样在细胞中复制。但他构建的人工染色体 转化入细胞后总是很快降解。 • 1980年，当伊丽莎白报道她关于端粒DNA的发现时， 引起了杰克的极大兴趣。于是二人合作将新发现的四 膜虫端粒序列和人工染色体连接到一起，而后导入酵 母细胞。奇迹出现了，人工染色体不再降解，可以在 细胞内正常复制。这一方面证实了端粒对染色体的保 护作用，也使 DNA的大片段克隆成为可能，为后来 的人类基因组测序奠定了基础。

端粒和端粒酶分析解析ppt课件

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端粒酶延长端粒的模式
端粒酶可结合到3’末端上，RNA模板5’端识别DNA 的3’端并相互配对，以RNA链为模板使DNA链延伸 合成一个重复单位后在跳跃到（也可以连续移动）另 一个单位；3’端单链又可回折作为引物合成相应的 互补链。
其活性只需dGTP和dTTP，组装时需要DNA聚合酶的 参与。
端粒的长度不取决于端粒酶，而是由其他结合于端粒 酶的蛋白决定。
小结
除端粒的功能外，端粒的发现过程也带给我们很多启 示，首先，科学工作者不能将自己的思路禁锢在自己相对 较窄的研究领域，与不同领域的人多加交流，换角度思考 问题都会使人的思想更为开阔。 其次，在进行高风险、高回报研究时要勇于设想、敢于 实践。 再则，对新鲜有趣的事物要积极探究真相，即便最初可 能看不到它的利用价值。因为人类了解世界的过程就像盲 人摸象，人们最先看到的往往是零散无序的事物，但在这 种零散的背后，却是环环相扣、密不可分的真实世界。
前言
端粒是染色体末端由重复DNA序列和相关 蛋白组成的一种特殊结构，具有稳定染色体结 构及完整性的功能，会随染色体复制与细胞分 裂而缩短。端粒酶是一种核糖核蛋白，能以自 身RNA模板合成端粒DNA，为细胞持续分裂提 供遗传基础。由于端粒和端粒酶与细胞衰老、 肿瘤发生等现象密切相关，所以它也成为了科 学家们当前的研究热点。
生命钟说
人体细胞中端粒酶合成和延长端粒的作用是在 胚系细胞中完成的，当胚胎发育完成以后，端 粒酶活性就被抑制。即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。
所以， 当人体出生以后，染色体端粒就象是一 个伴随着细胞分裂繁殖的“生命之钟”，它历 数着细胞可分裂的次数同时也见证了细胞由旺 盛地生长繁殖到走向衰老死亡的整个生命历 程。”

端粒酶ppt课件

端粒酶ppt课件

四膜虫： 端粒DNA是由简单重复序列组成的一段核酸。
端粒以GT富集的形式延伸在CA富集链上。G 尾部由于CA富集链的有限降解而产生。
研究发现，端粒DNA序列既有高度的保守性， 如原生动物、真菌、高等植物及高等动物中期 序列都很相似，又具有种属特异性，如四膜虫 重复序列为GGGGTT,草履虫为TTGGGG,人类 和哺乳动物为TTAGGG.
2009年诺贝尔生理学或医学奖
伊丽莎白-布莱克本 卡萝尔-格雷德 杰克-绍斯塔克
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。
几乎所有生物的端粒 重复序列可以写成： Gn(Ａ/Ｔ)m的形式。
人的端粒重复序列为 TTAGGG
端粒的结构
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。
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）,这是由希腊语“末端” （telos）及“部分”（meros）组成的.
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个核苷酸序列的多次重复，以 后又发现了端粒酶(telomerase TRAP-eze) 。

端粒酶专业篇ppt课件

端粒酶专业篇ppt课件
熟的端粒酶。
端粒酶的降解主要通过泛素-蛋 白酶体途径进行，涉及多种E3 泛素连接酶的作用。
泛素化后的端粒酶被蛋白酶体 识别并降解，从而维持细胞内 端粒酶的稳定水平。
04
端粒酶与疾病的关系
端粒酶与肿瘤
肿瘤细胞中端粒酶的异常表达
端粒酶在正常细胞中处于沉默状态，但在肿瘤细胞中异常激活，维持肿瘤细胞的端粒长度 ，促进肿瘤的发生和发展。
神经退行性疾病
端粒酶与神经细胞的衰老和凋亡有关，研究端粒酶在神经退行性疾病中的作用有 望为相关疾病的治疗提供新思路。Βιβλιοθήκη 端粒酶研究面临的挑战与展望
跨学科合作
端粒酶研究涉及生物学、医学、药学等多个领域，需要加强 跨学科合作，共同推进研究进展。
临床转化
端粒酶研究成果向临床应用的转化仍面临诸多挑战，需要加 强基础研究与临床应用的衔接。
端粒酶与肿瘤细胞增殖
端粒酶通过维持端粒长度，使肿瘤细胞获得无限增殖的能力，是肿瘤细胞永生化的关键机 制之一。
端粒酶与肿瘤细胞侵袭和转移
端粒酶的表达水平与肿瘤细胞的侵袭和转移能力密切相关，高表达端粒酶的肿瘤细胞具有 更强的转移能力和更高的恶性程度。
端粒酶与心血管疾病
端粒酶与动脉粥样硬化
端粒酶活性异常增加与动脉粥 样硬化的发生和发展密切相关 ，可能通过影响血管内皮细胞 功能和促进平滑肌细胞增殖等 机制发挥作用。
随着细胞分裂次数的增加，端粒长度逐渐缩短，影响细胞分裂的效率和稳定性。
端粒酶活性与细胞分裂周期密切相关，对细胞生长和增殖具有重要调控作用。
端粒酶与基因表达
端粒酶通过影响端粒的结构和 长度，影响基因的表达和调控。
端粒酶活性与转录因子和染色 质重塑复合物相互作用，调控 基因表达和细胞分化。

端粒与端粒酶PPT课件

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端粒酶激活剂与抑制剂的研究前景
01
02
03
端粒酶激活剂
研究寻找能够激活端粒酶 的药物或化合物，为肿瘤 治疗提供新策略。
端粒酶抑制剂
开发高效、特异的端粒酶 抑制剂，用于抑制肿瘤细 胞增殖和诱导细胞凋亡。
联合治疗
研究端粒酶激活剂和抑制 剂的联合应用，以实现更 有效的肿瘤治疗。
端粒长度作为疾病预测指标的前景
疾病风险预测
通过检测个体端粒长度， 预测患某些疾病的风险， 如心血管疾病、癌症等。
个体化医疗
根据个体端粒长度情况， 制定针对性的预防和干预 措施，实现个体化医疗。
临床应用价值
进一步验证端粒长度作为 疾病预测指标的临床应用 价值，提高预测准确率。
THANKS
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04
端粒与端粒酶的未来展望
端粒与端粒酶在医学领域的应用前景
抗衰老药物研发
利用端粒和端粒酶活性调节机制， 开发抗衰老药物，延长人类寿命。
肿瘤治疗
通过抑制或激活端粒酶活性，实现 肿瘤细胞的增殖控制或诱导肿瘤细 胞凋亡，为肿瘤治疗提供新途径。
遗传性疾病治疗
针对一些与端粒和端粒酶相关的遗 传性疾病，如骨髓衰竭综合征等， 通过基因治疗或干细胞移植等方法 进行治疗。
端粒与端粒酶ppt课件
• 端粒与端粒酶简介 • 端粒与端粒酶的生物学意义 • 端粒与端粒酶的研究进展 • 端粒与端粒酶的未来展望
01
端粒与端粒酶简介
端粒的结构与功能
端粒的结构
端粒是染色体末端的特殊结构，由DNA序列和蛋白质组成，具有保护染色体和 维持基因稳定性的作用。
端粒的功能
端粒的主要功能是防止染色体融合和降解，保护染色体结构的完整性和稳定性， 同时参与细胞分裂和复制过程中的DNA损伤修复。

端粒和端粒酶

端粒和端粒酶

端粒长度和细 胞分化程度呈 反比
Estl突变体酵母活 性下降，出现明显 衰老
四膜虫端粒酶改 变时端粒缩短、 细胞死亡
正常细胞：
细胞年轻化
细胞分裂
细胞分裂
衰 老 死 亡
抗 衰 老
端粒酶 重新引入
端粒－端粒酶对细胞死亡和细胞永生化的影响
GryfeR等于1997年提出了关于细胞衰老和永生学说， 认为人的正常体细胞分裂次数达到界限时，染色体端粒长 度缩短到一定程度，有丝分裂便不可逆地被阻断在细胞周 期的G1期和G2/M期之间的某个时期，这时的细胞便进入 了老化期，随后死亡. 如果细胞被病毒感染，或p53、RB、p16INK4、ATM、 APC等肿瘤抑制基因发生突变，或K ras等原癌基因被激活， 或DNA错配修复基因(如hMSH2等)发生突变，或某些基因 DNA序列发生了高度甲基化，或仅发生了低度甲基化，从 而(在未发生核甘酸突变的情况下)改变了该基因的表达， 此时细胞便能越过阻断点继续进行有丝分裂。随着有丝分 裂进行，端粒长度不断缩短，缩短到一定程度时，染色体 发生结构畸变，大部分细胞便死亡，少部分细胞激活了端 粒酶活性，不断合成端粒DNA补充端粒的长度，端粒不再 缩短，细胞便获得无限分裂增生能力而成为永生化细胞。 这说是端粒-端粒酶假说。
端粒结合蛋白
端粒帽 染色体DNA 端粒帽
5 n（CCCCAA） ’
3 （TTGGGG）n ’
n（GGGGTT）
（AACCCC）n
保护端粒不受核酸酶或化学修饰的作用 一般是紧密的非共价键结合
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。 它的活性不依赖于DNA聚合酶，对RNA酶、蛋白 酶和高温均敏感。
• 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１ １３２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５ ｐ上。ｈＴＥＲＴ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ｈＴＲ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。

诺贝尔奖生理学或医学奖端粒与端粒酶ppt课件

诺贝尔奖生理学或医学奖端粒与端粒酶ppt课件

1977年在康奈尔大学 获得博士学位。师从中 国工程学院外籍院士吴 瑞教授
目前是马萨诸塞综合
医院遗传学教授，并同
时任职于美国霍华德·休
斯医学研究所
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8
2.获奖者
卡萝尔·格雷德 (Carol reider)
➢1961年出生在美国加利 福尼亚州，
➢1987年获得博士学位， 其导师正是伊丽莎白·布 莱克本，之后曾在美国科 尔德斯普林实验室从事博 士后研究
2009年 诺贝尔生理 学或医学获奖 美国
科学家
英国伦敦
卡萝尔·格雷德 (Carol Greider)
杰克·绍斯塔克
(Jack Szostak)
最新版整理ppt
6
2.获奖者
伊丽莎白·布莱克本 (Elizabeth Blackburn)
Ӂ 1948年出生于澳大利亚，拥 有美国和澳大利亚双重国籍。 Ӂ 1975年拿到英国剑桥大学博 士学位。
绍斯塔克与布莱克波恩携手 成功组装出两端为CCCCAA序 列的微型染色体。当这些微型
染色体注入到酵母细胞中后, 在细胞分裂时,这种CCCCAA的
DNA序列在复制时对染色体 起到了保护作用,他们首次 将这些遗传保护帽命名为
“端粒 ”(Telomere）
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绍斯塔克进而对酵 母端粒的结构进行 研究,发现酵母与四 膜虫的端粒结构非 常相似,而端粒片段 长度的不同反映了 染色体中DNA数量 的差别。
➢1997年起开始担任约翰 斯·霍普金斯大学医学院 教授
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9
3.获奖成果— 端粒的发现
赫尔曼·马勒和芭芭拉·麦克林托克发现染色体
1930 末端的一个特殊结构他们认为该结构可以阻止

【精品文档】端粒和端粒酶

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Assumptions
染色体的自然末端不同于非正常的 DNA断裂末 端,它有一个特殊的结构来避免染色体之间的 相互融合 .
科学家Hermann Muller 将这种特殊结构命名为 端粒(Telomere, 在希腊语中 ,telos表示末 端,meros 表示片段 ).
Experiments
Jack Szostak
人工染色体
1980年，Elizabeth Blackburn在会议上对这一重 大发现的报告,引起了Jack Szostak的极大兴趣。 他那时候正试图在酿酒酵母 中构建人工线性染色体，让 它能够在细胞中像自然染色 体一样复制。但当环状质粒 线性化并转入细胞后，很快 就被降解掉。
人工染色体
端粒序列的发现使Jack Szostak有机会把 线性质粒末端连接到四膜虫的端粒DNA ， 然后再倒入酵母细胞中。奇迹发生了：线 性质粒不再被降解，而是在细胞内稳定存 在并复制。 这是人工染色体的最早雏形，它使得DNA 的大片段克隆成为可能，后来为人类基因 组测序工作立下了汗马功劳。
Elizabeth Blackburn 和 Carol Greider 的实验
四膜虫在接合细胞的大核发育过程中,大核产生 了非常丰富的小染色体,每一个小染色体都在末 端加上了端粒,可以推测:如果“酶”的假说成立, 此时细胞内的酶活性应该是非常高的.
Elizabeth Blackburn 和 Carol Greider 的实验
用四膜虫的核抽提液与体外的端粒 DNA进行温 育,试图在体外检测到这个酶的活性 ,看到端粒 的延伸 .
Elizabeth Blackburn 和 Carol Greider 的实验
经过不断优化条件,尤其是把底物换成体外合成的高浓 度的端粒DNA后,Carol通过曝光x光片,清楚地看到了 “酶”的活性:在测序胶的同位素曝光片上,端粒底物明 显被重新加上了DNA碱基,而且每六个碱基形成一条很 深的带,与四膜虫端粒重复基本单位为六个碱基正好吻 合.
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一、端粒与端粒酶的发现

结果显示，当四膜虫细胞裂解液加入四膜虫或 酵母端粒序列DNA时，其明显被重新加上了 DNA碱基，而且以 6个碱基递增的方式延长， 与四膜虫端粒重复基本单位为 6个碱基正好吻 合，而对于随机序列的DNA底物并不发生延伸。
实验结果证明，端粒 DNA的延伸是通过“ 酶” 来完成的，且这种酶的活性不依赖于DNA模板。 这种酶后来被命名为“端粒酶” （telomerase）。
3、寡核苷酸类端粒酶抑制剂 寡核苷酸类药物主要是利用反义技术对 TR进行抑制。如GRN163及其类似物 GRN163L。 此类药物用于肿瘤治疗有两个问题需要解 决 ： 吸收度差及体内稳定性差。
五、端粒与端粒酶的研究现状
4、G-四联体稳定剂( G-Quadruplex Stabilizers)

G-四联体是由若干个平面G 四分体结构堆积而成的。 右图是由四个鸟嘌呤通过氢 键作用连接而成的G四分体 结构。
五、端粒与端粒酶的研究现状
• 端粒酶逆转衰老过程的研究
2010年11月，美国哈佛大学医学院的研究者 Jaskelioff M等在 Nature 杂志发表了有关端粒酶 和衰老研究的重要发现。他们利用基因工程技术 成功地将端粒酶缺陷型小鼠的衰老过程逆转。 迄今为止，这是首次有小鼠动物实验成功地 逆转衰老过程，意味着一些老化的器官也有 “重 生” 的可能。这项突破成果或有望防治脑退化症 （如老年痴呆症）、糖尿病和心脏病等疾病，甚 至有望打开永恒青春的奥秘。
五、端粒与端粒酶的研究现状

端粒酶抑制剂研究
1、核苷类逆转录酶抑制剂(ddG和 AZT等)
抑制机制：竞争性抑制作用
五、端粒与端粒酶的研究现状
2、非核苷类小分子抑制剂
这类小分子主要是与端粒酶的催化亚基端 粒酶逆转录酶 TERT相互作用，如MKT077和 BIBR1532。
五、端粒与端粒酶的研究现状

克隆动物端粒长度的研究
体细胞核移植作为一种有效的无性生殖手段， 在基础研究、组织再生和挽救濒危动物方面有着 巨大的应用力，因此越来越多的受到人们的关注。 目前，在克隆动物端粒长度的研究中，研究 者们比较感兴趣的问题主要有：1、体细胞核移植 生产的克隆动物分娩常会出现各种缺陷，这是否 与端粒长度变化造成发育畸形、 衰老和疾病有关？ 2、克隆动物的端粒在重构胚(胚胎早期)是否或如 何被修复； 3、端粒长度是否会恢复到正常。
Elizabeth H. Blackburn Carol W. Greider
Jack W. Szostak
伊丽莎白· 布莱克本
美国加利福尼亚 旧金山大学
卡罗尔· 格雷德
美国巴尔的摩约 翰· 霍普金斯医学院
杰克· 绍斯塔克
美国哈佛医学院
主要内容


端粒与端粒酶的发现 端粒的结构与功能 端粒酶的结构与功能 端粒及端粒酶与衰老、癌症的关系 端粒与端粒酶的研究现状 影响端粒长度的因素
五、端粒与端粒酶的研究现状

G-四联体的形成使得端粒酶不能与端粒很好的结 合，也就失去了其延长端粒的作用。而且这类药 物不仅能作用于端粒酶阳性的细胞，而且对 ALT 细胞也能产生作用。因此，设计一种能够促进 G四联体的形成或者稳定G-四联体结构的化合物， 将是肿瘤治疗研究的方向之一。 这类药物的主要问题是安全 性：活性的G-四联体稳定剂可 以影响正常细胞的端粒结构以 及基因组中富含鸟嘌呤G的区域 的稳定性。
长寿梦想的“天梯”
——端粒与端粒酶
主讲人：杨长友
重庆师范大学生命科学学院 生物化学与分子生物学专业
2009年诺贝尔生理学或医学奖
贡献：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)。
三、端粒酶的结构与功能
• 端粒酶的重要功能是通过识别并结合富含 胞嘧啶C的端粒末端，以自身RNA为模板合 成端粒的DNA重复序列，从而阻止随着 DNA复制和细胞分裂所造成的端粒的不断 缩短， 进而稳定染色体的长度，避免细胞 因端粒丢失所导致的凋亡。因此，端粒酶 在细胞永生化和肿瘤发生中起着重要作用。
五、端粒与端粒酶的研究现状
五、端粒与端粒酶的研究现状
• 万能癌症疫苗的研究
2011年4月15日，据英国《每日邮报》报道， 英国科学家近期研制出了一种“万能”疫苗，可 用于治疗包括胰腺癌在内的多种癌症，并预计在 两年后面世。 这个“新发明”还不会像其它癌症药物一样 导致副作用，例如头晕和掉头发。从原理上讲， 它会激活免疫系统找出并破坏癌细胞的端粒酶， 从而抑制癌细胞的生长。而健康细胞不会遭受攻 击，因为它们的端粒酶含量太低，不会引起免疫 系统的注意。
五、端粒与端粒酶的研究现状
2、端粒延伸替代机制（alternative lengthening of telomeres， ALT） 目前关于ALT 的分子机理还没有完全弄清 楚， 它有可能是通过滚环复制、 T-loop介导延 伸和端粒重复片段之间的同源重组机制来延长 端粒的长度。
五、端粒与端粒酶的研究现状
端粒及其基本结构
二、端粒的结构与功能
• 端粒的主要功能
①保护染色体末端免遭融合、重组，防止染色体在细
胞内被化学修饰或被核酶降解；维持染色体的完 整性。 ②阻止细胞对染色体末端的DNA损伤反应。 ③为端粒酶提供底物，解决DNA复制的末端隐缩， 保证染色体的完全复制。 ④决定细胞的寿命。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 长度也就决定了细胞的寿命，所以端粒又被称为 “生命的时钟”。

一、端粒与端粒酶的发现

1985年，卡罗尔和伊丽莎白在四膜虫细 胞核提取物中首先发现并纯化了端粒酶。 之后 ，耶鲁大学 Morin于 1989年在人宫 颈癌细胞中也发现了人体端粒酶。
二、端粒的结构与功能
• 端粒 (telomere)也称端区，是真核生物线性染色体的 天然两末端，呈膨大粒状，由染色体末端DNA重复 片断（富含G、C）与蛋白质组成（端粒结合蛋白和 端粒相关蛋白）。 • 端粒既有高度的保守性，又有种属特异性。 哺乳动 物端粒的重复序列为( TTAGGG／AATCCC) ， 其 中G链3’端是一段单链的悬突(overhang) 。电镜观察 发现， 端粒结构是一个双环结构， 由T环(T-loop， 端粒环) 和D环(D-loop，替代环) 构成， T环在染色 体末端形成一个帽子结构 ，可防止核酶以及连接酶 作用于端粒。同时， T环结构在端粒长度的维持机 制中起重要作用。
Fig. Telomere, telomerase and cellular lifespan
五、端粒与端粒酶的研究现状

端粒维持机制研究
1、端粒酶机制 端粒酶在生殖细胞、早期胚胎发育、干细 胞和许多癌症细胞中有很高的活性。而在人的 正常体细胞中，由于端粒酶活性很低或处于无 法检测的水平，端粒的缩短无法得到弥补， 最终会产生细胞融合导致细胞死亡。
三、端粒酶的结构与功能

近年来有证据表明，端粒酶除有端粒保护作用 外，还有促进细胞生存和抵抗应激的非端粒保 护作用，主要表现为保护线粒体功能、调节细 胞Ca2+内流、参与细胞因子调节、参与细胞信 号转导及相关基因表达。
四、端粒及端粒酶与衰老、癌症的 关系

目前认为，细胞的衰老是由于端粒的丢失引起的， 而端粒的丢失又与端粒酶的活性有关。人类细胞 内端粒酶活性的缺失导致了端粒缩短，每次丢失 50～200个碱基，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 能导致染色体双链的断裂，并激活细胞自身的检 验系统，从而使细胞进入 M1 期死亡状态。当几 千个碱基的端粒DNA丢失后，细胞就会停止分裂 而进入衰老状态。
三、 端粒酶的结构与功能

端粒酶(又称端粒体酶)是由端粒酶RNA 组 分和蛋白质组分共同构成的核糖核蛋白复 合物，这个酶复合物中的RNA是模板， 其上含有引物特异识别位点，而蛋白质成 分则具有催化活性。
三、端粒酶的结构与功能
目前认为端粒酶主要由3个部分构成，即端粒 酶 RNA(telomerase RNA，TR)、端粒酶相关蛋 白质(telomerase — associated protein， TP1/ TP2) 和端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase，TERT)。 其中，TERT是端粒酶的催化亚基，也是决 定端粒酶活性的关键因素，其表达水平的高低与 端粒酶活性呈平行关系。研究发现，TR和TP1在 正常组织中有广泛表达，而TERT只在肿瘤组织 及某些高增殖组织中表达，并决定着这些组织的 端粒酶活性；正常组织缺乏TERT表达，因而没 有端粒酶活性。
1984年，卡罗尔作为博士研究生进入伊丽 莎白实验室， 开始了端粒末端合成机制的 研究工作。 她们假设端粒是由某种酶合成 ， 那么在 细胞裂解液里应该有这种酶的存在， 如果 使用四膜虫细胞裂解液在体外能检测到端 粒序列的复制和延伸， 那无疑证实这种 “ 酶” 的存在。
一、端粒与端粒酶的发现
实验过程大致如下： 1、将底物寡聚核苷酸（端粒DNA、随机序列 DNA）进行放射性标记； 2、将高浓度的寡聚核苷酸底物与高浓度的四 膜虫细胞裂解液一起孵育； 3、通过放射性标记的核苷酸来检测体外端粒 序列的合成。
四、端粒及端粒酶与衰老、癌症的 关系

如果细胞被病毒感染，或者某些抑癌基因如p53等 的突变，细胞可越过M1期而继续分裂，端粒继续 缩短，最终达到一个关键阈值，细胞进入第二致 死期M2，这时染色体可能出现形态异常，大多数 细胞由于端粒太短而失去功能，从而导致细胞死 亡。但极少数细胞能在此阶段进一步激活端粒酶， 使端粒功能得以恢复，并维持染色体的稳定性， 从而避免死亡，导致细胞永生化甚至癌变。