端粒和端粒酶分析解析ppt课件.ppt

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1、前言前言 端粒端粒是染色体末端由重复是染色体末端由重复DNADNA序列和相关序列和相关蛋白组成的一种特殊结构，具有稳定染色体结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构及完整性的功能，会随染色体复制与细胞分裂而缩短。裂而缩短。端粒酶端粒酶是一种核糖核蛋白，能以自是一种核糖核蛋白，能以自身身RNARNA模板合成端粒模板合成端粒DNADNA，为细胞持续分裂提，为细胞持续分裂提供遗传基础。由于端粒和端粒酶与供遗传基础。由于端粒和端粒酶与细胞衰老、细胞衰老、肿瘤发生肿瘤发生等现象密切相关，所以它也成为了科等现象密切相关，所以它也成为了科学家们当前的研究热点。学家

2、们当前的研究热点。 背景知识背景知识一一 端粒端粒的发现的发现 。背景知识背景知识二二 端粒端粒的精确分析的精确分析主要内容主要内容I.端粒及其结构功能端粒及其结构功能II.端粒酶结构及其作用机制端粒酶结构及其作用机制III.端粒酶与细胞衰老和肿瘤发生机制初探端粒酶与细胞衰老和肿瘤发生机制初探一、端粒的结构和功能一、端粒的结构和功能 1.1 端粒的结构端粒的结构 端粒是由简单重复序列组成的一段核酸。端粒是由简单重复序列组成的一段核酸。 端粒以端粒以GTGT富集的形式延伸在富集的形式延伸在CACA富集链上。富集链上。GG尾部由于尾部由于CACA富集链的有限降解而产生。富集链的有限降解而产生。 几

3、乎所有生物的端粒重复序列可以写成：n(/)m的形式。人的端粒重复序列为TTAGGG 富含鸟嘌呤的富含鸟嘌呤的GG链在解离下来时，往往不表现出一链在解离下来时，往往不表现出一条单链条单链DNADNA，它们的电泳带有异常。，它们的电泳带有异常。 这可能是由于鸟嘌呤又相互连接的不寻常能力这可能是由于鸟嘌呤又相互连接的不寻常能力: :端粒端粒的的GG链尾能够形成链尾能够形成“GG四联体四联体”. .每个四联体含有四个每个四联体含有四个鸟嘌呤彼此通过鸟嘌呤彼此通过氢键氢键形成平面结构。但是这形成平面结构。但是这并未验证并未验证染色体末端存在这种体外观察结构。染色体末端存在这种体外观察结构。 在一种端粒结

4、合蛋白TRF2蛋白催化下，端粒（人）的3单链末端（G尾）重复取代了双链体DNA中的同源重复以形成一个环。 TRF2蛋白与其它蛋白一起形成能稳定染色体端部的复合物。 1.2 端粒端粒的功能的功能 端粒作为染色体末端的特殊结构具有端粒作为染色体末端的特殊结构具有: 稳定稳定染色体结构、功能完整性的作用。染色体结构、功能完整性的作用。 随染色体复制与细胞分裂而随染色体复制与细胞分裂而缩短缩短的特性。的特性。 稳定染色体结构及完整性稳定染色体结构及完整性l端粒特殊的序列经辅助因子加工，在染色体末端端粒特殊的序列经辅助因子加工，在染色体末端形成了紧密地形成了紧密地非共价键非共价键闭合环闭合环, 可以防止

5、染色体相可以防止染色体相互间在末端发生融合和重组互间在末端发生融合和重组,使正常的染色体末端使正常的染色体末端区别于受损的区别于受损的DNA双链双链,从而避免激活从而避免激活DNA损伤应损伤应答机制答机制。l端粒特殊的重复序列被特异性的结合了一些端粒特殊的重复序列被特异性的结合了一些 端粒端粒结合蛋白结合蛋白POT(protector of telomeres )形成形成帽子结构复合帽子结构复合物物，从而防止染色体被核酸外切酶降解。，从而防止染色体被核酸外切酶降解。随复制逐渐缩短随复制逐渐缩短 由于由于DNADNA复制存在复制存在55末端复制缺陷问题末端复制缺陷问题, ,导导致了细胞的染色体末

6、端的端粒致了细胞的染色体末端的端粒DNADNA会伴随着染会伴随着染色体的复制与细胞分裂出现渐进性的丢失。色体的复制与细胞分裂出现渐进性的丢失。 但在有但在有端粒酶活性端粒酶活性的细胞中，端粒酶可以被的细胞中，端粒酶可以被合成延伸。合成延伸。 90年年,Harley等人用人工合成的等人用人工合成的(TTAGGG)3作探作探针，对胎儿、新生儿、青年人及老年人的针，对胎儿、新生儿、青年人及老年人的成纤成纤维细胞维细胞进行端粒长度测量，发现其长度随年龄进行端粒长度测量，发现其长度随年龄增长而明显缩短。增长而明显缩短。 2.1 2.1 端粒酶至少由端粒酶至少由三三个组分构成个组分构成端粒酶端粒酶RNA

7、(Telomerase RNA Component, TR)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(Telomerase Reverse Transciptase,TERT) 端粒酶相关蛋白端粒酶相关蛋白(Telomerase associated protein, TEP) 三种不同生三种不同生物的端粒酶物的端粒酶TR二级结构二级结构绿色的代表绿色的代表结合结合 TERT的的保守区保守区. 红色的是重红色的是重复序列相应复序列相应的模版一般的模版一般是是DNA中重中重复序列的复序列的一一个半拷贝。个半拷贝。TR的结构的结构 具有一个特殊的具有一个特殊的 T T 结构域和结构域和7 7个保守的逆转录个保

8、守的逆转录酶结构域酶结构域 。这些保守的结构域在。这些保守的结构域在 TERTTERT和模板和模板 RNARNA结合以及发挥端粒酶活性上起着重要作用。结合以及发挥端粒酶活性上起着重要作用。TERTTERT是一个进化上高度保守的蛋白是一个进化上高度保守的蛋白 逆转录酶的亚基经过研究发现，逆转录酶的亚基经过研究发现，在体内是以在体内是以二聚体二聚体的形式存在的形式存在的，根据这个现象结合对的，根据这个现象结合对HIV-1HIV-1的研究成果，可以在理论上构的研究成果，可以在理论上构建人工的端粒酶活性建人工的端粒酶活性抑制剂抑制剂。2.2 2.2 端粒酶的功能端粒酶的功能 端粒酶的核心作用是端粒酶的

9、核心作用是延长端粒延长端粒，从而维持端，从而维持端粒在复制分裂中保持一定长度，为细胞具有不粒在复制分裂中保持一定长度，为细胞具有不断复制提供遗传基础。断复制提供遗传基础。 TR和和TERT是端粒是端粒酶发挥作用的核心组酶发挥作用的核心组分，分别提供分，分别提供模板模板和和逆转录合成逆转录合成端粒端粒DNA。端粒酶延长端粒的模式端粒酶延长端粒的模式l端粒酶可结合到端粒酶可结合到33末端上，末端上，RNARNA模板模板55端识别端识别DNADNA的的33端并相互配对，以端并相互配对，以RNARNA链为模板使链为模板使DNADNA链延伸链延伸合成一个重复单位后在跳跃到（也可以连续移动）另合成一个重复

10、单位后在跳跃到（也可以连续移动）另一个单位；一个单位；33端单链又可回折作为引物合成相应的端单链又可回折作为引物合成相应的互补链。互补链。l其活性只需其活性只需dGTPdGTP和和dTTPdTTP，组装时需要，组装时需要DNADNA聚合酶的聚合酶的参与。参与。l端粒的长度不取决于端粒酶，而是由其他结合于端粒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。酶的蛋白决定。端粒酶的活性端粒酶的活性n在生殖细胞中，由于存在端粒酶的活性，端粒在生殖细胞中，由于存在端粒酶的活性，端粒保持约保持约15kb长度，而在成年人的大部分体细胞长度，而在成年人的大部分体细胞中，由于不存在其活性，端粒要短得

11、多。中，由于不存在其活性，端粒要短得多。n90年年,Harley等人用人工合成的等人用人工合成的(TTAGGG)3作作探针，对胎儿、新生儿、青年人及老年人的探针，对胎儿、新生儿、青年人及老年人的成成纤维细胞纤维细胞进行端粒长度测量，发现其长度岁年进行端粒长度测量，发现其长度岁年龄增长而缩短。由此提出了著名的龄增长而缩短。由此提出了著名的生命钟理论生命钟理论。生命钟假说生命钟假说细胞的永生态细胞的永生态P53P53基因、基因、RbRb基因基因是广为人知的介导细胞衰老是广为人知的介导细胞衰老进入凋亡程序的重要因素。进入凋亡程序的重要因素。 若这两个基因异常，那么细胞会继续分裂进入若这两个基因异常，

12、那么细胞会继续分裂进入危险期，大部分由于端粒过短而死亡，极少数危险期，大部分由于端粒过短而死亡，极少数细胞由于细胞由于激活了端粒酶激活了端粒酶得以永生或维持更长的得以永生或维持更长的复制代数复制代数 。癌细胞三、端粒、端粒酶与细胞衰老和肿瘤发生机制初探 端粒酶的直接或间接端粒酶的直接或间接抑制剂抑制剂不仅可以用于肿瘤不仅可以用于肿瘤的治疗的治疗, ,而且端粒酶活性的高低还可以用一些临而且端粒酶活性的高低还可以用一些临床良性表现但具有潜在恶性变的肿瘤的发展趋床良性表现但具有潜在恶性变的肿瘤的发展趋势给予判断。势给予判断。此外此外, ,端粒酶测定在端粒酶测定在肿瘤的检测和预后肿瘤的检测和预后效果的

13、估价上也有效果的估价上也有重要意义！重要意义！肿瘤细胞的两个特点肿瘤细胞的两个特点v端粒酶被激活，个体细胞端粒长度虽然不同，但端粒酶被激活，个体细胞端粒长度虽然不同，但比分化了的体细胞长。比分化了的体细胞长。v细胞复制周期失调，周期的失调同时影响端粒调细胞复制周期失调，周期的失调同时影响端粒调控复制机制。控复制机制。v因此我们可以从这两方面现象入手，运用因此我们可以从这两方面现象入手，运用细胞生细胞生物学方法和分子生物学技术物学方法和分子生物学技术来寻找相关因子推断来寻找相关因子推断调控机制。调控机制。两种蛋白的发现两种蛋白的发现n到目前到目前端粒酶调控机制端粒酶调控机制还没有完全弄清，但近还

14、没有完全弄清，但近2020年的大量研究发现人体中的年的大量研究发现人体中的TRF1TRF1和和TRF2TRF2蛋白蛋白能够特异性结合在端粒上。能够特异性结合在端粒上。nTRF2TRF2的作用主要与的作用主要与催化催化D D环环的形成。的形成。nTRF1TRF1的过度表达会导致端粒长度的进行性缩短的过度表达会导致端粒长度的进行性缩短, ,并证实并证实TRF1TRF1并不是通过控制端粒酶的表达并不是通过控制端粒酶的表达, ,而是而是通过通过阻碍端粒酶与端粒的结合阻碍端粒酶与端粒的结合而发挥的作用。而发挥的作用。而一种名为而一种名为TankyraseTankyrase 的酶可以将的酶可以将TRF1T

15、RF1从端粒从端粒上解离下来。上解离下来。影响端粒酶的活性的新发现影响端粒酶的活性的新发现 2005年，年，韩国科学家通过把韩国科学家通过把MKRN1MKRN1基因基因转染进癌细胞并使转染进癌细胞并使其表达。其表达。 结果发现，不断进行细胞分裂结果发现，不断进行细胞分裂成长的癌细胞出现老化死亡的现成长的癌细胞出现老化死亡的现象。这是因为，该基因抑制了癌象。这是因为，该基因抑制了癌细胞内端粒酶的作用细胞内端粒酶的作用, ,但它的作但它的作用仅限于癌细胞。用仅限于癌细胞。应用端粒知识治疗癌症应用端粒知识治疗癌症n通过抑制端粒酶活性（阻抑或关闭模板通过抑制端粒酶活性（阻抑或关闭模板、抑抑制逆转录酶亚

16、基活性制逆转录酶亚基活性、阻止端粒酶基因转录、阻止端粒酶基因转录、破坏二聚体结构等）破坏二聚体结构等）n通过阻止端粒与端粒酶结合（过表达通过阻止端粒与端粒酶结合（过表达TRF1蛋白基因、降低蛋白基因、降低TankyraseTankyrase活性、阻止合成活性、阻止合成TRF2以阻止以阻止D环形成等）环形成等）端粒问题为克隆造成的麻烦端粒问题为克隆造成的麻烦 多利出生后的年龄检测表明多利出生后的年龄检测表明其出生的时候就上了年纪。其出生的时候就上了年纪。她她6 6岁的时候就得了一般老年岁的时候就得了一般老年时才得的时才得的关节炎关节炎。这样的衰。这样的衰老被认为是老被认为是端粒的磨损端粒的磨损造

17、成造成的。随着细胞的。随着细胞分裂，分裂，端粒在端粒在复制过程中不断磨损，这通复制过程中不断磨损，这通常认为是衰老的一个原因。常认为是衰老的一个原因。小结小结 除端粒的功能外，端粒的发现过程也带给我们很多启除端粒的功能外，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。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、敢于其次，在进行高风险、高回报研究时要勇于设想

18、、敢于实践。实践。 再则，对新鲜有趣的事物要积极探究真相，即便最初可再则，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。种零散的背后，却是环环相扣、密不可分的真实世界。 参考资料参考资料 图片资料和相关科技短文出处图片资料和相关科技短文出处 略略分子生物学第二版分子生物学第二版影印版影印版基因八基因八复旦大学译版复旦大学译版Telomerase acti

19、vity, estrogen receptors (, ), Bcl-2 expression in human breast cancer and treatment response Blanca Murillo-Ortiz Centro Medico Nacional Immunohistochemical detection of hTERT in urothelial lesions: a potential adjunct to urine cytology Walid Khalbuss and Steve Goodison University of Florida The Pl

20、eiotropy of Telomerase against Cell DeathYoung Hoon Sung Seoul National University端粒酶对细胞周期调控和肿瘤发生的影响端粒酶对细胞周期调控和肿瘤发生的影响颜丽萍颜丽萍 中国疾病预防控制中心中国疾病预防控制中心端粒酶的起源、调控及与肿瘤关系的研究进展端粒酶的起源、调控及与肿瘤关系的研究进展潘海乐潘海乐 吉林大学医学部吉林大学医学部端粒和端粒酶与细胞衰老端粒和端粒酶与细胞衰老廖亚萍廖亚萍 中山大学基础医学部中山大学基础医学部端粒、端粒酶和肿瘤治疗端粒、端粒酶和肿瘤治疗方永玲方永玲 军事医学科学院军事医学科学院TNF对端粒酶活性和对端粒酶活性和hTERT基因表达的调控基因表达的调控马丽马丽 浙江大学附属医院浙江大学附属医院端粒酶新功能研究进展端粒酶新功能研究进展王革非汕头大学医学院王革非汕头大学医学院 依赖端粒酶的端粒维持机制依赖端粒酶的端粒维持机制林坚军事医学科学院生物工程研究所林坚军事医学科学院生物工程研究所细胞细胞DNA损伤检控系统在维持端粒稳定中的功能损伤检控系统在维持端粒稳定中的功能李程姚路明欧阳高亮厦门李程姚路明欧阳高亮厦门大学生命科学学院大学生命科学学院人端粒重复序列结合因子研究进展人端粒重复序列结合因子研究进展陈巧芳黄河浙江大学附属医院陈巧芳黄河浙江大学附属医院