盐城师范学院学生论文
端粒酶的研究进展
【摘要】20世纪30年代Muller发现了保持染色体稳定的端粒结构,1985年Greider和Blackburn在四膜虫细胞提取物中发现了端粒酶,并证实端粒酶具有维持端粒长度的功能。1989年Morin等人在宫颈癌Hela细胞发现活化的人端粒酶,从此
对端粒酶的研究便不断深入,本文对端粒酶的研究进展综述如下。
【关键词】端粒酶结构活性调节肿瘤问题与展望
1 端粒酶的结构
1985年Shampay等[1]将四膜虫端粒DNA转入酵母细胞,发现酵母端粒序列与之相连并延长,因此他们假设生物体内存在一种物质,能将特异末端序列转移至外源DNA上。后来Greider、Blackburn等人在四膜虫细胞核提取物中首先发现并纯化了这种物质,证实该物质就是端粒酶[2],它具有端粒特异性末端转移酶的活性,它的活性不依赖于α-DNA聚合酶和DNA模板而使端粒序列自我复制[3]。
体内实验表明,端粒酶合成端粒DNA包括四个步骤:1)富含G 的3'-overhang作为引物与端粒酶RNA中的端粒互补序列相互识别、碱基互补配对;2)端粒酶RNA 作为模板,在底物dNTP 参与下,按5'→3'方向合成一个新的端粒重复序列,使染色体3'末端得以延长;3)端粒酶的转位。端粒酶RNA模板与染色体末端配对解开,重新定位于新合成的端粒重复序列的3'末端,并重复步骤2)的聚合反应;4)互补链的合成。目前一般认为是以新合成的端粒重复序列为模板,在DNA聚合酶作用下完成。上述几个步骤循环重复,则可合成很多个端粒重复序列,使端粒得以延长。
对许多生物的端粒酶RNA组分研究发现:1)端粒酶RNA的一级结构不太相同;2)在纤毛虫中端粒酶RNAs有一个保守的二级结构。最近人们在纤毛虫的端粒酶RNA
中发现一种“假结”的保守结构,而且该结构在体内是和TERT装配在一起的,这样就形成了端粒酶RNA的主要结构元件,而且具有明显的定位功能。在哺乳动物和酵母中端粒酶的RNAs都明显较长,分别为450和1300个核苷酸,酵母中的多数多余的序列是功能所不必需的。在四膜虫中端粒酶RNA仅159nt即足以维持酶的活性,哺乳动物需要更长RNA的原因仍不太清楚。检测酵母及哺乳动物中较长的RNA 是否与纤毛虫的二级结构中的组份相同还需要在表现型上进行
分析比较,所以,在酵母和哺乳动物中是否存在普遍保守的结构元件,现在还不清楚[4]。研究表明,在所有的端粒酶RNA中都发现在模板5'端上游2nt位点上有保守序列。与模板5'端相关的保守位点使人们想到这个区域决定了模板的边界。当这个区域的序列和位置都发生改变并在体外重构时,酶模板的边界也发生改变。这些实验提示保守序列代表蛋白结合位点或阻断RNA模板活性位点延伸的功能性RNA素。纤毛虫RNAs模板上游的该保守序列在哺乳动物和酵母端粒酶RNAs中并不保守,提示这些酶可能利用不同的序列或机制来定义模板
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边界[4-5]。
Shay和Harrinton报道了体外有关hTR分子功能性的试验,他们发现在网状细胞转录/翻译系统中hTERT被表达而且端粒酶活性通过hTR被重构。后来的研究发现hTR模板的上游区通常不是用来重构端粒酶活性所必需的,但是,hTR模板的下游区对于重构端粒酶活性/装配是至关重要的。Shay也报道指出,hTR模板区的两个片段本身对重构端粒酶活性不起作用,但是当与反转录酶结合时才起作用[6]。
最近研究发现,在人端粒酶RNA 3'末端存在一段典型的H/ACA 基序。该元件是在小核仁RNAs 中发现的,能装配成用于引导rRNA前体假尿嘧啶核苷酸的小核糖核蛋白粒子。但是人类端粒酶RNA中H/ACA 基序这种特征元件的功能现在还不清楚[7]。
2端粒酶活性的调节
由于端粒酶能够调节端粒长度以及抗细胞调亡、DNA 修复等的特殊功能,因此基于端粒酶活性调节的研究成为焦点,分为诱导端粒酶活性与抑制端粒酶活性两个方向。
2.1诱导端粒酶活性
组织细胞工程学中,定向诱导干细胞分化为各种组织细胞以及体外支架诱导细胞塑造人工器官研究越来越深入。因此增加端粒酶的活性,维持细胞分化和增殖能力,延长细胞的寿命抑制细胞衰老具有重要意义。目前的研究方法是将携带hTERT基因的载体转染干细胞,激活端粒酶,使被转染的干细胞端粒酶活性升高。Sarin等[8]研究发现,在小鼠上皮组织表达TERT时,可以使毛发终止期的毛囊干细胞转化为活跃期,小鼠长出了新长的毛发。Simonsen等[9]将外源性端粒酶反转录酶转染人间充质干细胞,诱导向成骨细胞分化,转染后骨髓间充质干细胞端粒酶活性增高,260个群体倍增水平后细胞还能继续分裂,核型正常不致瘤,表达成骨细胞标志,使细胞活力大大增强。Bodna rAG等[10]将编码了人类端粒酶催化亚基的载体转染到视网膜色素上皮细胞和包皮成纤维细胞中,这两种细胞在正常人细胞中端粒酶表达呈阴性,结果发现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,细胞分裂旺盛。这些端粒酶阳性细胞的寿命超出正常细胞的寿命40倍,核形正常。
2.2抑制端粒酶活性
研究发现80%以上的肿瘤组织端粒酶活化,虽然不是肿瘤发生的早期因素,但肿瘤中端粒
酶的活化是肿瘤发生的一个重要步骤,而且与肿瘤的增殖、分化、凋亡、转移和周期等相关。而正常组织中(包括正常干细胞)端粒酶的表达水平较低或只是暂时性表达,且与肿瘤细胞相比端粒较长,因此基于抑制端粒酶活性的癌症治疗药物成为
端粒酶的研究进展
