端粒和端粒酶专题发言课件

端粒与端粒酶 制作人：药学1202班 朱明涛 一、端粒和端粒酶的发现 1、20世纪30年代，两位卓越的遗传学家Muller（诺贝尔获 得者）和McClintock分别发现细胞染色体末端具有特殊序 列，该序列具有维持染色体稳定性的功能。Muller根据希 腊文“末端”（telos）和“部分”（meros）,将染色体末端的 特殊序列命名为“端粒”（telomere）。 2、 20世纪70年代，E H Blackburn利用四膜虫（ Tetrahymena）（一种有纤毛的单细胞池糖微生物）进一 步揭示了这一端粒的初步结构,发现它是由几个核苷酸（ 富含G）组成的DNA重复片断，重复的次数由几十到数千 不等。 3、1972年，Watson发现了一个问题：他发现模板（ template）和引物（primer）的存在，而且只能从5到3 端方面合成。这样，在引物被去除之后，细胞每分裂一 次，在新合成的DNA互补链的5端必将留下一个小空缺 （一段端粒）。（见图1）这就不能解释DNA从头（ denovo）合成的问题。这样，细胞染色体长度会越来越 短，稳定性越来越差，直至最终细胞衰亡（senscence） 。因此，科学家们考虑是否存在着一种不同于DNA多聚 酶的酶来完成这一工作。 细胞将停止分裂而趋于老化细胞将停止分裂而趋于老化 细胞分裂细胞分裂 细胞分裂细胞分裂 端粒长短与细胞生命历程密切相关端粒长短与细胞生命历程密切相关 染色体染色体 端粒端粒 端粒端粒 4、1984年，C W Greider和 E H Blackburn发现将一段单链 的末端寡聚核苷酸加至四膜虫的提取物中后，其端粒的长 度延长了，这也就说明了切实有这样的一种酶存在，他们 将它命名为“端粒酶”（telomerase）。 5、1989年 , Greider等成功地克隆了四膜虫端粒酶的RNA组 分的基因：为159个核苷酸，其中包含5-CAACCCCAA-3的 膜板序列，以碱基互补的方式在3端从头合成重复片段（ GGGGTT）n。同年,美国加州大学的分子生物学教授Morin （1989年）首次在人宫颈癌细胞株HeLa细胞中发现并鉴定 端粒酶存在一种核糖核蛋白质。 6、1995年,美国Geron公司Feng和纽约长岛冷泉港实验室 Greider等克隆了人端粒酶RNA组分的基因，命名为 hTR（human Telomerase RNA）基因，定位于3号染 色体（3q23.3）。hTR基因有约450个碱基的转录本， 其中包含5-CUAACCCUAAC共11个碱基的模板互补 序列。这个模板互补序列刚好每次与1.5个（TTAGGG ）重复序列互补，然后通过模板的滑动，再进行下一 次合成。这个研究进一步揭示了端粒酶的作用原理。 端粒酶作用的一种模型 3 5TTTTGGGGTTTTG 5 3 AAAACCCCAAAACCC C C C A AA 3 5TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG 5 3 AAAACCCCAAAACCC C C C A AA T T G G G T G G G T 3 5 AA TTTTG 5 3 AAAACCCCAAAACCC C C C A GTTTTG 整合和 杂交 移位和 再杂交 TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT 5 3 n AA TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT 5 3 CCCCA 5 n AA TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT 5 3 AAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCA n 进一步加工 继续 延伸 二、端粒 1、概念： 真核细胞线性染色体末端的一 组重复DNA序列 ，通常由富含 鸟嘌呤核苷酸(G)的短的串联重 复序列组成。 2、组成： DNA：短的串联重复序列，不 含功能基因。 蛋白质：与单链富G端粒DNA 结合的蛋白；与双链端粒DNA 结合的蛋白 3、作用： 维持染色体的稳定性 虽然端粒序列不含功能基因，但是如果没有这些类似染 色体的“帽子”（cap）结构的端粒，染色体之间就会出现 端-端融合（end-to-end fusion）、降解（degradation） 、重排（rearrangement）和染色体丢失（chromosomeloss ）等变化，这些变化威胁着染色体的正确复制和细胞的存在 。 起细胞分裂计时器的作用 端粒核苷酸复制和基因DNA不同，每复制一 次减少50100bp，其复制要靠具有反转录酶 性质的端粒酶来完成，正常体细胞缺乏此酶 ，故随细胞分裂而变短，细胞随之衰老。 4、特点： 一个细胞里不同染色体的端粒都由相同的重复序列组成，但不 同物种的染色体端粒的重复序列是各异的。 端粒的重复序列不是在染色体DNA复制时连续合成的，而是由 端粒酶(telomerase)合成后添加到染色体的末端。 不同年龄的人的体细胞的寿命明显不同，其端粒的长度也不相 同，它是随着年龄的增长而缩短。 随着细胞分裂时染色体的复制使端粒不可避免地逐渐缩短，如 人体细胞的端粒长度每年缩短3050bp端粒的缩短最终出现 染色体的不稳定和细胞进入衰老乃至死亡。 因为端粒长度的缩短而导致细胞分裂的停止的机制尚不清楚 ，目前有三种理论： 第一种认为不断缩短的端粒最终将会影响到邻近的基因。 第二种认为端粒DNA的完全丢失将会产生损伤的信号，这将 会激活P53基因(抑癌基因)。 3. 第三种认为不是损伤的信号，而是缩短了的端粒本身激活了 P53。 三、端粒酶 端粒酶的结构 端粒酶在结构上为一核糖核蛋白复合体,由RNA 和 结合的蛋白质组成,是RNA依赖的DNA 聚合酶。它是一种 特殊的能合成端粒DNA的酶,通过明显的模板依赖方式每 次添加一个核苷酸。 端粒酶实质上是一种特殊的逆转录酶 端粒酶RNA(hTR) 端粒酶逆转录酶（TERT） 端粒酶结合蛋白（TEP） CAACCCCAA CAACCCCAA 端粒酶RNA(hTR) 端粒酶逆转录酶（TERT ） 端粒酶结合蛋白（TEP ） 端粒酶RNA是第一个被克隆的端粒酶 组分。端粒酶RNA含有与同源端粒DNA 序列TTAGGG的互补序列,核糖核酸酶H 切割此模板区,能使体外消除端粒酶 延长端粒的功能。 人类类TERT（hTERT）基因为为一单单拷贝贝基因,定位于5p15. 33 ,具有7个保守序列结结构域单单元和端粒酶特异性结结构域单单元T 。破坏TERT 将消除端粒酶活性并致端粒缩缩短。 TEP1、生存动动力神经细经细 胞基因(SMN) 产产物、 hsp90 、 PinX1、 Est1p 和Est3p 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，维持细胞 增殖潜能。端粒酶以自身RNA为模板合成端 粒酶重复序列，具有逆转录酶活性，它的活 性不依赖于DNA聚合酶，对RNA酶、蛋白酶 和高温均敏感。端粒酶活性表达能稳定端粒 的长度，抑制细胞的衰老，在生殖细胞和干 细胞中可检测到高水平的端粒酶活性。 端粒酶的两个主要功能 1. 是端粒酶能自主地对端粒DNA富含G的 链进行延长，而富含G的链又能通过GC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5端缺失就可以得到补齐， 这就为真核生物解决了DNA末端复制问题 。 末端补齐机制： 5 GGGGTTGGGGTT （GGGGTTGGGGTT）n n 端粒酶端粒酶 5 G-C配对回折 35 DNADNA聚合酶聚合酶 2. 修复断裂的染色体末端，从而避免了 外切酶对染色体DNA更多的切割，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，但如有富含 G、T的DNA存在，它也能被端粒酶作为引 物DNA并为之延伸端粒序列，从而修复染 色体断裂末端。 （三）端粒酶的特点： 端粒酶可以延长正常细胞的生命周期并且加速人类干细胞复 制的能力： 正常的细胞在其生命周期中只能分裂60100次，而端粒 酶可以促进这个能力，显著的延缓衰老的进程。 端粒酶活动受细胞类型的特异性调节 端粒酶在体细胞中很少表达，但在骨髓、肿瘤细胞、外周血 白细胞如部分粒细胞、T细胞、单核细胞/B细胞和精子细胞这 些高增殖的细胞中却相当活跃。 四、研究端粒和端粒酶的医学意义 、作为诊断肿瘤的工具 通过获得活检组织的标本作端粒酶的检测，可以鉴别病变组织的良恶 性，这种方法