端粒的合成與調(diào)控
作者：董克家 張?zhí)戾a 趙衛(wèi)國
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中國臨床神經(jīng)科學(xué)/990125 摘要 端粒與細(xì)胞衰老和腫瘤發(fā)生密切相關(guān)。本文綜述端粒合成的兩種途徑：端粒酶途徑和重組途徑，并說明兩種途徑均受端粒蛋白調(diào)控。提出端粒蛋白有望成為繼端粒酶之后新的腫瘤診斷和治療靶點。
端粒(telomere)是真核細(xì)胞染色體的生理性末端，由高含G的DNA序列和相應(yīng)的蛋白組成。不同生物的端粒各異。人和其他脊椎動物的端粒序列為(5′-TTAGGG-3′)n。近年來的研究提示，在人類老化和腫瘤形成中，端粒長度的調(diào)節(jié)至為重要。端粒的奇異結(jié)構(gòu)，也增加了人們的探索欲望。Blasco等(1997)報道：從變種小鼠中分離到一個與端粒DNA合成相關(guān)的基因。這類動物的表型對闡明哺乳類細(xì)胞端粒的作用——染色體的穩(wěn)定性和癌腫形成是十分重要的。
, http://www.www.srpcoatings.com
端粒的維持需端粒酶(telomerase)的激活。端粒酶是一種核糖-核蛋白復(fù)合體，其中RNA和蛋白質(zhì)是端粒DNA合成所必須的。它不同于經(jīng)典的DNA聚合酶，而是專一的逆轉(zhuǎn)錄酶，能以自身的RNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄合成DNA，以補償細(xì)胞分裂時染色體末端縮短，解決“末端復(fù)制問題”。哺乳類動物在發(fā)育過程中自然發(fā)生端粒酶活性的丟失。人類體細(xì)胞大多在可檢測水平上不表達(dá)端粒酶。因此，細(xì)胞分裂導(dǎo)致端粒缺失。與大多數(shù)體細(xì)胞不同的是，絕大多數(shù)人腫瘤細(xì)胞和許多變異細(xì)胞系表達(dá)端粒酶。由此提出一個假設(shè)：哺乳類動物的細(xì)胞復(fù)制潛力可以用端粒DNA量的多寡來測定之。故表達(dá)端粒酶的能力以及端粒DNA的保持將會是腫瘤發(fā)生中的一個關(guān)鍵步驟。因此，抗端粒酶策略可能對人類多種腫瘤有效，而對大多數(shù)正常細(xì)胞危害不大。
近年來，在端粒、端粒酶與腫瘤等研究中遇到兩個基本問題，即：在端粒酶陽性的腫瘤細(xì)胞中，端粒酶是腫瘤細(xì)胞形成的原因還是結(jié)果；在端粒酶陰性的腫瘤細(xì)胞中，端粒又是怎樣合成與維持；而這兩個問題的中心點是端粒的形成。闡明這一機制，將不僅為端粒的分子生物學(xué)提供理論基礎(chǔ)，亦為衰老和腫瘤治療開拓新的靶點。目前的研究表明：端粒的合成存在兩種途徑，一種是端粒酶介導(dǎo)，另一種是重組介導(dǎo)，兩者均受端粒蛋白的調(diào)控。
, 百拇醫(yī)藥
一、端粒酶途徑
有許多文獻(xiàn)綜述這一途徑[1，3]，基本反應(yīng)式是：TTAGGGTTAGGG+2nTTP+1ndATP+3ndGTP→(CTTAGGG)n+6nPPi
反應(yīng)過程包括：1.結(jié)合端粒酶引物；2.聚合；
3.轉(zhuǎn)位；4.聚合。
這一途徑在端粒酶轉(zhuǎn)染實驗以及端粒酶PCR實驗中得到證實[5，6]。但是關(guān)于端粒酶RNA表達(dá)，端粒酶活性與腫瘤的關(guān)系仍不明確。Mrii等人在腦膠質(zhì)瘤研究中發(fā)現(xiàn)[7]，端粒酶陽性膠質(zhì)瘤細(xì)胞與陰性及正常腦細(xì)胞均表達(dá)端粒酶RNA，提示端粒酶RNA成份的存在并不表明端粒活性的有無或高低，也進一步說明：端粒酶翻譯水平上的調(diào)控是關(guān)鍵。Cooper等研究人類端粒蛋白發(fā)現(xiàn)[2，4，8]，端粒蛋白表達(dá)受抑制后端粒長度顯著增加，提示端粒蛋白參與了上述通路的負(fù)調(diào)控，同時說明，端粒蛋白不單純是簡單的結(jié)合蛋白，亦參與端粒的復(fù)制[10，12]。
, 百拇醫(yī)藥
二、重組介導(dǎo)途徑[9～12]
由于部分腫瘤細(xì)胞屬端粒酶陰性，端粒酶基因敲除(Knock out)后，端粒長度仍能維持，提示端粒合成存在非端粒酶機制。Wang等人研究端粒-端粒重組途徑并獲得新生端粒(TTAGGG)n，對于具有粘性末端特征的端粒樣序列，亦存在于非染色體末端，這些部位順序顯然成為染色體斷裂、融合、缺失、重組或擴增的熱點(hot-spots)。端粒蛋白常與端粒和端粒樣序列牢固地結(jié)合，當(dāng)用高濃度鹽溶液將所有的組蛋白從染色質(zhì)上解析出來，而端粒仍然與端粒DNA結(jié)合著，說明端粒蛋白能防止染色體末端融合，且這一端粒蛋白與前述不同，為TRF2。
上述兩種途徑中，端粒酶途徑對于維持長端粒起主要作用，重組途徑主要是維持最低限度端粒長度，而端粒蛋白起著負(fù)調(diào)控作用�？偨Y(jié)端粒、端粒酶、端粒蛋白關(guān)系如下：
, 百拇醫(yī)藥
參考文獻(xiàn)
[1].Preston RJ.Telomeres,telomerase and chromosome stability.Radiat Res,1997,147:529.
[2].Cooper JP,Nimmo ER,Allshire RC, et al. Regulation of telomere length and function by a myb-domain protein in fission yeast.Nature,1997,385:744.
[3].Zakian VA.Telomeres:beginning to understand the end.Science,1995,270:1601.
[4].Raghruaman MK,Brewer BJ,Frangman WL.Cell cycle dependent establishment of a late replication program.Science,1997,276:806.
, 百拇醫(yī)藥
[5].Shay JW,Lichtsteiner S,Wright WE.Extension of life-span ty introduction of telomerase onto normal human cells.Science,1998,279:349.
[6].de Lange T,Telomeres and Senescience:Ending the Debate.Science,1998,279:334.
[7].Moriik,Tanaka R,Onda K, et al. Experssion of telomerase RNA,telomerse activity,and telomere length in human gliomas.Biochem Biophys Res Commun,1997,23:830.
[8].Buchkocich KJ,Greider CW.Telomerase regulation during entry onto the cell cycle in normal human T cells. Mol Biol Cell,1996,7:1443.
, 百拇醫(yī)藥
[9].Holt SE,Wright WE,Shay JW.Regulation of telomerase activity in immortal cell lines.Mol Cell Biol,1996,16:2932.
[10].Lin JJ,Zakian VA.The Saccharomyces CDC13 protein is a single strand TG1-3 telomeric DNA-binding protein in vitro that affects telomere behavior in invo.Proc Natl Acad Sci USA,1996,93(24):13760.
[11].Wang SS,Zakian VA.Telomere-telomere recombination provides an express pathway for telomere acquisition.Nature,1990,345:456.
[12].Makarv Vl,Hirose Y,Langmere JP.Long G tails at both ends of human chromosomes suggest a C strand degradation mechanism for telomere shorting.Cell,1997,88:657.
(1998年4月26日收稿 1998年8月11日修回), http://www.www.srpcoatings.com
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中國臨床神經(jīng)科學(xué)/990125 摘要 端粒與細(xì)胞衰老和腫瘤發(fā)生密切相關(guān)。本文綜述端粒合成的兩種途徑：端粒酶途徑和重組途徑，并說明兩種途徑均受端粒蛋白調(diào)控。提出端粒蛋白有望成為繼端粒酶之后新的腫瘤診斷和治療靶點。
端粒(telomere)是真核細(xì)胞染色體的生理性末端，由高含G的DNA序列和相應(yīng)的蛋白組成。不同生物的端粒各異。人和其他脊椎動物的端粒序列為(5′-TTAGGG-3′)n。近年來的研究提示，在人類老化和腫瘤形成中，端粒長度的調(diào)節(jié)至為重要。端粒的奇異結(jié)構(gòu)，也增加了人們的探索欲望。Blasco等(1997)報道：從變種小鼠中分離到一個與端粒DNA合成相關(guān)的基因。這類動物的表型對闡明哺乳類細(xì)胞端粒的作用——染色體的穩(wěn)定性和癌腫形成是十分重要的。
, http://www.www.srpcoatings.com
端粒的維持需端粒酶(telomerase)的激活。端粒酶是一種核糖-核蛋白復(fù)合體，其中RNA和蛋白質(zhì)是端粒DNA合成所必須的。它不同于經(jīng)典的DNA聚合酶，而是專一的逆轉(zhuǎn)錄酶，能以自身的RNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄合成DNA，以補償細(xì)胞分裂時染色體末端縮短，解決“末端復(fù)制問題”。哺乳類動物在發(fā)育過程中自然發(fā)生端粒酶活性的丟失。人類體細(xì)胞大多在可檢測水平上不表達(dá)端粒酶。因此，細(xì)胞分裂導(dǎo)致端粒缺失。與大多數(shù)體細(xì)胞不同的是，絕大多數(shù)人腫瘤細(xì)胞和許多變異細(xì)胞系表達(dá)端粒酶。由此提出一個假設(shè)：哺乳類動物的細(xì)胞復(fù)制潛力可以用端粒DNA量的多寡來測定之。故表達(dá)端粒酶的能力以及端粒DNA的保持將會是腫瘤發(fā)生中的一個關(guān)鍵步驟。因此，抗端粒酶策略可能對人類多種腫瘤有效，而對大多數(shù)正常細(xì)胞危害不大。
近年來，在端粒、端粒酶與腫瘤等研究中遇到兩個基本問題，即：在端粒酶陽性的腫瘤細(xì)胞中，端粒酶是腫瘤細(xì)胞形成的原因還是結(jié)果；在端粒酶陰性的腫瘤細(xì)胞中，端粒又是怎樣合成與維持；而這兩個問題的中心點是端粒的形成。闡明這一機制，將不僅為端粒的分子生物學(xué)提供理論基礎(chǔ)，亦為衰老和腫瘤治療開拓新的靶點。目前的研究表明：端粒的合成存在兩種途徑，一種是端粒酶介導(dǎo)，另一種是重組介導(dǎo)，兩者均受端粒蛋白的調(diào)控。
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一、端粒酶途徑
有許多文獻(xiàn)綜述這一途徑[1，3]，基本反應(yīng)式是：TTAGGGTTAGGG+2nTTP+1ndATP+3ndGTP→(CTTAGGG)n+6nPPi
反應(yīng)過程包括：1.結(jié)合端粒酶引物；2.聚合；
3.轉(zhuǎn)位；4.聚合。
這一途徑在端粒酶轉(zhuǎn)染實驗以及端粒酶PCR實驗中得到證實[5，6]。但是關(guān)于端粒酶RNA表達(dá)，端粒酶活性與腫瘤的關(guān)系仍不明確。Mrii等人在腦膠質(zhì)瘤研究中發(fā)現(xiàn)[7]，端粒酶陽性膠質(zhì)瘤細(xì)胞與陰性及正常腦細(xì)胞均表達(dá)端粒酶RNA，提示端粒酶RNA成份的存在并不表明端粒活性的有無或高低，也進一步說明：端粒酶翻譯水平上的調(diào)控是關(guān)鍵。Cooper等研究人類端粒蛋白發(fā)現(xiàn)[2，4，8]，端粒蛋白表達(dá)受抑制后端粒長度顯著增加，提示端粒蛋白參與了上述通路的負(fù)調(diào)控，同時說明，端粒蛋白不單純是簡單的結(jié)合蛋白，亦參與端粒的復(fù)制[10，12]。
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二、重組介導(dǎo)途徑[9～12]
由于部分腫瘤細(xì)胞屬端粒酶陰性，端粒酶基因敲除(Knock out)后，端粒長度仍能維持，提示端粒合成存在非端粒酶機制。Wang等人研究端粒-端粒重組途徑并獲得新生端粒(TTAGGG)n，對于具有粘性末端特征的端粒樣序列，亦存在于非染色體末端，這些部位順序顯然成為染色體斷裂、融合、缺失、重組或擴增的熱點(hot-spots)。端粒蛋白常與端粒和端粒樣序列牢固地結(jié)合，當(dāng)用高濃度鹽溶液將所有的組蛋白從染色質(zhì)上解析出來，而端粒仍然與端粒DNA結(jié)合著，說明端粒蛋白能防止染色體末端融合，且這一端粒蛋白與前述不同，為TRF2。
上述兩種途徑中，端粒酶途徑對于維持長端粒起主要作用，重組途徑主要是維持最低限度端粒長度，而端粒蛋白起著負(fù)調(diào)控作用�？偨Y(jié)端粒、端粒酶、端粒蛋白關(guān)系如下：
, 百拇醫(yī)藥
參考文獻(xiàn)
[1].Preston RJ.Telomeres,telomerase and chromosome stability.Radiat Res,1997,147:529.
[2].Cooper JP,Nimmo ER,Allshire RC, et al. Regulation of telomere length and function by a myb-domain protein in fission yeast.Nature,1997,385:744.
[3].Zakian VA.Telomeres:beginning to understand the end.Science,1995,270:1601.
[4].Raghruaman MK,Brewer BJ,Frangman WL.Cell cycle dependent establishment of a late replication program.Science,1997,276:806.
, 百拇醫(yī)藥
[5].Shay JW,Lichtsteiner S,Wright WE.Extension of life-span ty introduction of telomerase onto normal human cells.Science,1998,279:349.
[6].de Lange T,Telomeres and Senescience:Ending the Debate.Science,1998,279:334.
[7].Moriik,Tanaka R,Onda K, et al. Experssion of telomerase RNA,telomerse activity,and telomere length in human gliomas.Biochem Biophys Res Commun,1997,23:830.
[8].Buchkocich KJ,Greider CW.Telomerase regulation during entry onto the cell cycle in normal human T cells. Mol Biol Cell,1996,7:1443.
, 百拇醫(yī)藥
[9].Holt SE,Wright WE,Shay JW.Regulation of telomerase activity in immortal cell lines.Mol Cell Biol,1996,16:2932.
[10].Lin JJ,Zakian VA.The Saccharomyces CDC13 protein is a single strand TG1-3 telomeric DNA-binding protein in vitro that affects telomere behavior in invo.Proc Natl Acad Sci USA,1996,93(24):13760.
[11].Wang SS,Zakian VA.Telomere-telomere recombination provides an express pathway for telomere acquisition.Nature,1990,345:456.
[12].Makarv Vl,Hirose Y,Langmere JP.Long G tails at both ends of human chromosomes suggest a C strand degradation mechanism for telomere shorting.Cell,1997,88:657.
(1998年4月26日收稿 1998年8月11日修回), http://www.www.srpcoatings.com