端粒酶,端粒酶的功效与作用

('端粒酶端粒酶的结构目前存在有众多的衰老学说，其中盛行了一种学说，那就是端粒学说。①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，这是因为DNA和它的结合蛋白紧密结合，像两顶帽子那样盖在染色体两端，因而得名。研究发现，培养的人成纤维细胞随着培养传代次数增加，端粒长度是逐渐缩短的。而端粒的长度和端粒酶的活性直接相关。端粒酶（telomerase）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，其中还有特异性引物识别位点，可以以自身RNA为模版，合成端粒重复序列并加到染色体末端，以补偿因“末端复制问题”而导致的端粒片段丢失，从而延长细胞寿命甚至使其永生化。②由于端粒酶可被热、蛋白酶K和RNA酶破坏，因此认为它是由蛋白质和RNA两部分组成的。人端粒酶RNA组分基因命名为hTR,定位于3号染色体，约有450个碱基的转录本，其中包括11个碱基的模版互补序列，即5·-CUAACCCUAAC,这个模版互补序列刚好每次与1.5个（TTAGGG）互补而特意的合成人染色体DNA的端粒。通过电穿孔法将hTR反义核酸表达质粒转染Hela细胞并在Hela细胞中表达，结果发现端粒长度明显缩短，Hela细胞分裂增殖受到抑制。从23~26代开始死亡，说明hTR对于维持端粒酶结构的完整性十分重要。人端粒酶蛋白成分包括两者：人端粒重复结合因子（hTRF）和人端粒酶逆转录酶（hTERT）。hTRF又称端粒酶相关蛋白1（TPI），是端粒酶调节亚单位，相对分子质量为300×103，能够与双链端粒性的肿瘤细胞株HT1080的端粒渐进性缩短；相反，hTRF1功能区诱导突变将会引起端粒加长。因此，hTRF1是端粒生长抑制因子，起负反馈调节作用。hTERT又称端粒酶相关蛋白2（TP2），是端粒酶结构蛋白，蛋白序列含有48个氨基酸，分子质量为130kD，其编码基因为单拷贝，定位于5p15.33，长度约为40kb。hTR和hTERT基因的对照表达研究显示，hTR基因可在非永生化细胞中表达，而hTERT基因仅在永生化的肿瘤细胞中表达。端粒酶与衰老的关系端粒酶活性越高，端粒就越长，染色体的完整性、稳定性越好，细胞分裂次数增多，寿命延长。正常人体细胞的端粒都随衰老而缩短，体细胞分裂是都会失去一部分端粒片段。不同年龄的个体的体细胞寿命明显不同，其端粒的长度也不一样。例如新生儿细胞可传代培养90代，而70岁老人的体细胞仅能培养20~32代。这是因为正常细胞中的端粒酶没有活性，因此细胞每次分裂后端粒再加长而总在缩短，最终丧失了无限了无限增殖能力。但是胚胎组织、造血干细胞·生殖细胞的端粒却例外的不断地被其端粒酶所加长，而得到用永生性的分裂增殖。这与它们中端粒酶活性较高相关，是生物进化中维持种系生存的需要。细胞分裂较快的组织，是端粒酶活性较高；细胞分裂较慢的组织，端粒酶活性较低。实验证明，端粒酶主要有两个功能：一是端粒酶能自主的对端粒DNA富含G的链进行延长，而富含G的链又能通过G-G配对使其终端回折，形成特殊的发卡结构，这样DNA复制时新链51端缺失就可以补齐，解决了真核生物DNA末端复制问题；另一功能是修复断裂的染色体末端，从而避免了核苷酸外切酶对染色体DNA更多切割，维护了基因组遗传的稳定性，断裂染色体末端即使没有完整的端粒重复序列存在，但如有符合您G、T的DNA存在，也能被端粒酶作为引物而延伸端粒序列，从而修复染色体断裂末端。端粒酶对细胞增生、衰老及凋亡的调节是通过不同途径进行的。其中端粒延长依赖机制作用缓慢，需要多代细胞的端粒进行性缩短积累到一定程度，才会诱发细胞静止信号激活；另外还有一种端粒延长非依赖性机制，作用较快，可能涉及到端粒三级结构改变，蛋白相互作用以及DNA转位变等。总之，端粒在正常体细胞内可随着有丝分裂而缩短，它是决定细胞衰老的“生物钟”。正常人体内唯有生殖细胞能使已缩短的端粒延长，各种内外因素通过调节端粒酶活性改变端粒缩短速度，从而影响人体寿命。端粒酶目前的研究状况随着瑞典卡罗林斯卡医学院10月5日宣布，将2009年诺贝尔生理学授予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，以表彰他们“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”，端粒和端粒酶开始进入人们的视野。随着科学界的不断探索，发现药物刺激能成功令端粒酶转录酶恢复生机。这项研究是有美国哈佛大学的肿瘤医生罗纳德·德宾霍进行的，科研成果发表在《自然》杂志他通过老鼠实验，第一次成功逆转了衰老过程。在进行试验以前，这些动物的皮肤、大脑、内脏和其他器官与80岁老人的类似。给它们服用可以打开一种关键性酶的药物仅2个月后，这些动物长出大量新细胞，它们几乎是经过彻底更新，已经返老还童了。更令人吃惊的是，公鼠竟能令母鼠再度怀孕，养育大量后代。德宾霍通过特殊方法使老鼠提前衰老，以模拟人类的衰老过程，然后利用药物刺激，成功令端粒酶逆转录酶重新恢复生机。他希望这一技术能终止或放慢衰老过程，发现它和逆转它是件令人吃惊的事情。他认为，最终应该能研制出一种可以在人类身上产生相同效果的药物。就拿中年人来说，这种药物能延缓或防止他们患老年痴呆症、心脏病和糖尿病，甚至可延长寿命。不过人们也要注意：高水平端粒酶逆转录酶可加速肿瘤生长，单凭一种药物不可能清除所有衰老问题。端粒酶的的研究除了在抗衰老领域，还在肿瘤治疗领域取得一定的成就。随着1949年Kim创立“TRAP”法检测端粒酶活性，发现恶性肿瘤的端粒酶活性>良性肿瘤>正常细胞。说明端粒酶的活性特异表达于恶心肿瘤，因而肿瘤细胞能“永生化”增殖。如何抑制端粒酶在肿瘤细胞的活性成为治疗肿瘤细胞的一大课题。目前，关于这个课题出现了几种抗癌策略。分别是从转录水平和抑制其表达产物活性两个方面着手。转录水平上，有反义核酸，突变RNA的引入两种方法，来阻止端粒酶的相关蛋白的表达。另外，在抑制表达产物的活性反面，可研制端粒酶蛋白抑制剂和端粒酶生物学抑制剂来抑制端粒酶的活性，进而抑制癌细胞的无限增殖。参考文献①.查锡良、周春燕、关一夫等，生物化学，人民卫生出版社，2011，第七版，255~256②.刘奇、刘雪平、王一兵等，抗衰老学，军事卫生科学出版社，2006，第一版，18~2211级医学检验二班09号徐渴晨',)