染色體終端和端粒酶翻譯

1、染色體終端和端粒酶：從玉米、四膜蟲和酵母到人類癌癥及老化的通路Elizabeth H Blackburn, Carol W Greider & Jack W Szostak端粒問題 科學(xué)發(fā)現(xiàn)都是個(gè)體獨(dú)立的，并且通過自己獨(dú)特的方式發(fā)生。然而，其中是包括某些關(guān)鍵成分為他們成功設(shè)立臺階的。在端粒酶的發(fā)現(xiàn)中這些成分的許多有著重要的作用：和不同領(lǐng)域的科學(xué)家交流、注意到不同尋常的發(fā)現(xiàn)和勇于冒險(xiǎn)做瘋狂的實(shí)驗(yàn)。我們將闡述這些成分的聯(lián)合和有成效的合作是如何引領(lǐng)我們假定和發(fā)現(xiàn)端粒酶的存在的。最早的對端粒功能性的描述要追朔到基因?qū)W家Hermann Muller 用X射線來粉碎染色體。幾乎同一時(shí)間對果蠅進(jìn)行研究的Mu

2、ller和對玉米進(jìn)行研究的Barbara McClintock得出了同樣的結(jié)論：染色體的自然末端是有別于那些被創(chuàng)造的染色體片段的同一末端的。自然末端被以某種方式從發(fā)生在斷裂末端頻繁重排中保護(hù)起來不受影響。正如McClintock 在1931年的一篇關(guān)于頻繁的末端聯(lián)合的研究報(bào)告寫到，“那種一個(gè)染色體片段連接到另一個(gè)染色體（完整的染色體）末端的例子沒有被發(fā)現(xiàn)?！痹?938年，Muller命名染色體自然末端為端粒。但是無論Muller還是McClintock都沒有工具來研究這些染色體末端的分子本質(zhì)。染色體末端的分子本質(zhì)問題只是在DNA結(jié)構(gòu)被陳述時(shí)變得更有意義而已。直到60年代，Arthur Korn

3、berg 發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶和它固定的機(jī)制。這個(gè)理解提出了另一個(gè)關(guān)于DNA末端的問題-他們的完全復(fù)制是如何保證的?因?yàn)镈NA聚合酶僅僅可以拓展一個(gè)被粗加工的引物，它不能復(fù)制特殊的線性DNA末端；這也就變成了著名的DNA末端復(fù)制問題。70年代初期，DNA噬菌體基因組的研究表明了DNA末端復(fù)制問題的答案在不同病毒之間是不同的。那么，真核生物的DNA末端是如何組織的呢？在1975年，剛在DNA測序被發(fā)明的劍橋的Fred Sanger小組完成研究生論文的Liz Blackburn 到了耶魯大學(xué)Joe Gall的實(shí)驗(yàn)室完成博士后論文。Liz想應(yīng)用在Sanger實(shí)驗(yàn)室學(xué)到的知識到理解端粒細(xì)胞本質(zhì)中。端粒走

4、向分子：神秘的DNA終點(diǎn)在探尋DNA染色體末端的一個(gè)最令人退卻的方面是真核生物最大的染色體DNA長度。DNA克隆技術(shù)還沒有被發(fā)明，所以為了能研究末端，縮短的染色體首先是必需的。在70年代 Joe Gall已經(jīng)鉆研了有些生物體為了rRNA產(chǎn)生多余的基因復(fù)制的進(jìn)程。這種現(xiàn)象發(fā)生在如早期蛋白質(zhì)合成需要快速生成的發(fā)育期。Joe已經(jīng)發(fā)現(xiàn)編碼rRNA的基因是在一個(gè)在青蛙發(fā)育卵母細(xì)胞高頻出現(xiàn)的環(huán)狀DNA分子上被擴(kuò)充的。然后他發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象在一個(gè)非常不同的生物體-四膜蟲也出現(xiàn)了，但這一次rDNA被擴(kuò)充到線性DNA分子上了。四膜蟲包括大量的幾乎完全相同的相關(guān)的短的迷你染色體。這材料就成了Liz決定用來研究染色體

5、的自然末端。沒有線路圖來指導(dǎo)如何解決這個(gè)問題。但是Joe已經(jīng)展示了當(dāng)被從細(xì)胞中提取出來的時(shí)候分子的部分是環(huán)狀的，一個(gè)敢于聯(lián)想的lambda噬菌體的性質(zhì)，線性DNA環(huán)狀化后復(fù)制。因?yàn)長iz相信大自然會用一種優(yōu)雅且通用的方式，所以她認(rèn)為lambda的末端也許對四膜蟲端點(diǎn)的分子本質(zhì)是一個(gè)很好的模型。從而，她決定在試管內(nèi)用已經(jīng)成功的被Ray Wu和他的同事來測序lambda噬菌體家族基因組的DNA聚合酶的DNA修復(fù)反應(yīng)。這是個(gè)幸運(yùn)的選擇，因?yàn)閞DNA的分子末端在允許DNA聚合酶來無困難地在試管中利用同位素三磷酸鹽標(biāo)記的端粒重復(fù)區(qū)帶DNA是中斷的。（這個(gè)的重要性至今很神奇）Liz然后就能夠通過聯(lián)合一系列

6、體外標(biāo)記和分析技術(shù)來切分DNA序列的端粒，她想出了一個(gè)不是lambda系列的創(chuàng)舉。rDNA的迷你染色體終端序列和這些分子的終端結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的并且不同于之前任何被描述過的。在四膜蟲rDNA分子的每個(gè)末端在基礎(chǔ)鏈有大約50個(gè)六核苷酸單元CCCCAA-TTGGGG串聯(lián)重復(fù)-伴隨著字母（G富足/連續(xù)）在線性DNA每個(gè)末端連接著3OH末端。C連續(xù)的CCCCAA重復(fù)片段在至少一個(gè)重復(fù)陣列的部分單鏈化間斷點(diǎn)。同樣奇怪的是在純化的群體中每個(gè)末端串聯(lián)重復(fù)的數(shù)目是不均的，變幅從估計(jì)的最小數(shù)20到大約70.在1977年晚期，Liz在圣弗朗西斯科加利福利亞大學(xué)給Herbert Boyer 在生化部門的小組舉行了一個(gè)描述

7、rDNA末端的不同尋常的分子表象的演講。演講后的討論中，Boyer實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)小組成員問說是否在DNA總體的CCCCAA重復(fù)數(shù)目的不均會隨著染色體末端的重復(fù)增生改變。Liz對這個(gè)問題可以知道感到頗有興趣，但是在那時(shí)預(yù)見不到可以使其發(fā)生的明顯方式?；剡^頭看，這次對話是有先見之明的，正如后來Liz會發(fā)現(xiàn)一樣，實(shí)際上這個(gè)增加是發(fā)生的。新端粒被加到片段化的四膜蟲染色體在和Joe實(shí)驗(yàn)室的Meng-Chao Yao合作時(shí)，Liz展示了四膜蟲中同樣的端粒，不均的CCCCAA重復(fù)排布出現(xiàn)在體細(xì)胞核其他染色體DNA分子末端，但是這些序列沒有在有著共同細(xì)胞核生成的生殖細(xì)胞系先驅(qū)DNA中出現(xiàn)。來自粘液菌絨泡菌和粘菌

8、的線性rDNA迷你染色體端粒序列之后馬上被確定了。當(dāng)Liz在伯克利加利福利亞大學(xué)分子生物部門設(shè)置了她的實(shí)驗(yàn)室，她繼續(xù)著她在纖毛DNA端粒的研究。然后，她發(fā)現(xiàn)新的端粒序列通過不知道的機(jī)制被加到了線性rDNA迷你染色體末端。這些次染色體的大核DNA通過生殖細(xì)胞系的核染色體的發(fā)展性的調(diào)控DNA碎片生成。令人驚奇的是這里面沒有不變的和末端連接的DNA序列。幾乎在同一時(shí)間Dacid Prescott的小組在一不同的纖毛研究小組取得了相似的結(jié)果。于是問題變成了端粒重復(fù)如何增加的？（這邊說的末端不變是否還是指重復(fù)數(shù)目不均，或者其它，不清楚）在思考四膜蟲端粒形成時(shí)，Liz在1982年寫到“對大核DNA端粒來說

9、是共同的序列一定在次級染色體斷片形成時(shí)被獲取?！眱煞N方式的路線可以被猜想到：端粒序列被調(diào)配或重新結(jié)合到發(fā)展中的大核DNA端粒上，或者簡單、重復(fù)的端粒序列通過特定合成的機(jī)構(gòu)被重新合成到端點(diǎn)?！边@個(gè)端粒重新添加的想法后來被進(jìn)行的酵母實(shí)驗(yàn)所支持。端粒功能跨越了界的領(lǐng)域到1980年為止，我們了解了四膜蟲的分子構(gòu)造，但是構(gòu)造和特別的端粒性質(zhì)間的聯(lián)系始終模糊。是否這種令人驚奇的構(gòu)造是僅限于四膜蟲和它有纖毛的親屬或者還是廣泛保守的也還是未知之謎。從一個(gè)不太可能的在Liz .Jack 和近期在康奈爾剛完成和Ray Wu合作的研究生和博士后論文的Jack Szostak（也是在康奈爾學(xué)習(xí)完酵母的重新聯(lián)合的）的合

10、作出現(xiàn)后問題的答案逐漸浮現(xiàn)。在1979年Jack在波士頓的后來成為了悉尼癌癥研究所的地方建立了他自己的實(shí)驗(yàn)室并且研究了發(fā)芽的啤酒酵母DNA末端高度引起重組的本質(zhì)。同時(shí)，酵母轉(zhuǎn)運(yùn)的質(zhì)粒載體都以環(huán)狀DNA分子形態(tài)存在。更進(jìn)一步，被限制酶消化的質(zhì)粒線性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致DNA末端極度電性化：如果DNA末端和酵母細(xì)胞DNA同質(zhì)的，那重新結(jié)合將導(dǎo)致質(zhì)粒插入到染色體中；否則，DNA端粒會被分降解、結(jié)扎或者重排。Liz和Jack的合作開始于1980年在新漢普郡的一所學(xué)校（年度戈登核酸會議地址）的一次熱烈的討論。在聽了Liz關(guān)于顯著的四膜蟲分子生物的描述后，Jack要Liz測試四膜蟲的端粒是否在酵母中運(yùn)作。這個(gè)想法如此

11、有遠(yuǎn)見以至有些怪誕：測試端粒復(fù)制的機(jī)制是否保守在兩個(gè)如此的進(jìn)化疏遠(yuǎn)的物種間。Liz和Jack推斷說如果四膜蟲端粒在轉(zhuǎn)移到酵母細(xì)胞時(shí)保持它們的能力來鞏固DNA末端，那么它們可以用來加蓋于一個(gè)線性酵母質(zhì)粒的末端，導(dǎo)致一個(gè)線性復(fù)制質(zhì)粒有著固定的DNA末端。實(shí)驗(yàn)在操作技術(shù)上是簡單的，預(yù)測結(jié)果-線性酵母質(zhì)粒會被觀測到而不是尋常的環(huán)狀結(jié)構(gòu)-將是不重要的來證實(shí)。兩人提供的裝配著一個(gè)純化的四膜蟲端粒DNA片段生成了一些納克級別的蓋著四膜蟲端粒的線性酵母質(zhì)粒，并且引進(jìn)了DNA到酵母細(xì)胞中。他獲得了一打左右的用southern印記法分析的轉(zhuǎn)化株。結(jié)果馬上清楚了：超過半數(shù)的復(fù)制體以線性形態(tài)維持著引進(jìn)的DNA。這個(gè)結(jié)

12、果被更詳細(xì)的DNA分析證實(shí)。這個(gè)結(jié)果表明端粒可以透過系統(tǒng)發(fā)生的界來行使功能，暗示了其顯著的功能保守性。酵母端粒揭示了端粒結(jié)構(gòu)的保守性 這些線性的質(zhì)粒為克隆酵母端粒提供了理想的載體。Jack移除了一個(gè)生成線性的、不能在酵母細(xì)胞維持存在的DNA碎片的四膜蟲端粒。然后他通過加入隨機(jī)酵母基因組片段到這個(gè)DNA線性片段來探索有功能的酵母端粒；僅當(dāng)丟失的端粒被酵母端粒替代可以使DNA在酵母中以線性質(zhì)粒存在。期望的線性質(zhì)粒中三個(gè)被修復(fù)了，基因組酵母DNA的southern印記法展示線性質(zhì)粒實(shí)際上攜帶者一個(gè)功能的酵母端粒。（FIG1）隨著酵母端粒的可控制，研究有絲分裂和減數(shù)分裂間隔的真核染色體的端粒結(jié)構(gòu)變得可

13、能。 對初始線性質(zhì)?？拷臋z查揭示了四膜蟲端粒在它們酵母保持期變得更長在長度上更不均一。Janis Shampay在Liz的實(shí)驗(yàn)室測序了次克隆的酵母端粒和維持在酵母的四膜蟲端粒發(fā)現(xiàn)酵母專一的TG1-3重復(fù)被加到了四膜蟲TTGGGG重復(fù)。Liz在體外標(biāo)記了酵母端粒，發(fā)現(xiàn)他們在C-富足的DNA鏈上也有單鏈化的間斷點(diǎn)正如在四膜蟲端?？吹降囊粯印anice 然后發(fā)現(xiàn)酵母染色體的端粒也由一系列的 TG1-3重復(fù)終端組成。這些結(jié)果暗示了這些端粒在結(jié)構(gòu)上和四膜蟲原型端粒非常相似。端粒碎片的長度不均一反映了在質(zhì)?；蛉旧w特殊末端DNA數(shù)目的變異性。這些結(jié)果讓Jack和Liz提出了一種終端轉(zhuǎn)移酶型的酶的存在性

14、，這種酶可能增加重復(fù)單位到端部DNA作為一種為了不完全終端復(fù)制的侵蝕的補(bǔ)償機(jī)制。 克隆的端粒碎片的實(shí)用性允許Jack實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)研究生Andrew Murray開始仿建第一個(gè)人工染色體。Andrew將著絲粒、復(fù)制原點(diǎn)、基因標(biāo)記和端粒在一個(gè)酵母質(zhì)粒上聯(lián)合起來。令人驚奇地，這個(gè)和后來的工作展示了已知染色體元素完全的補(bǔ)足對本身的有絲分裂是不足的，并且最小長度的DNA也是被要求的。人工染色體初始的工作為了后來高效運(yùn)作的的染色體設(shè)置了一個(gè)平臺為理解細(xì)胞內(nèi)在有絲分裂和減數(shù)分裂期確保穩(wěn)定的核遺傳的染色體機(jī)制打下良好的基礎(chǔ)。人工染色體后來被用來克隆酵母中特殊的長DNA碎片，它們在人類基因組分析中也變成了最根本

15、的工具。一些不尋常的事件發(fā)生在末端直接增加到在酵母線性質(zhì)粒的四膜蟲端粒的酵母序列的增加、在四膜蟲的重組端粒的增加和端粒長度的不均一暗示了一個(gè)可能涉及端粒維持的不尋常的過程。此外,奇怪的端粒在錐體蟲在培養(yǎng)基里生長時(shí)候的生長的事實(shí)也暗示了有些不尋常的事在末端發(fā)生。到1983年為止，有兩種對于生成端粒長度的不均和維持端粒長度的分子機(jī)制的競爭模型。一個(gè)模型提出有個(gè)不知名的酶在合成末端。另一個(gè)模型提出端粒重復(fù)的增加通過一個(gè)重新聯(lián)合-調(diào)節(jié)的過程出現(xiàn)。重新聯(lián)合是一個(gè)構(gòu)建良好的進(jìn)程，而這個(gè)對端粒重復(fù)增加的機(jī)制似乎是言之可行。為了區(qū)分這兩種機(jī)制。直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)是需要的。端粒酶的發(fā)現(xiàn)端粒酶的生化證據(jù)來自由Liz

16、Blackburn的實(shí)驗(yàn)室的Carol Greider實(shí)施的一系列實(shí)驗(yàn)。Carol1984年以研究生的身份加入了Liz的實(shí)驗(yàn)室，并且她開始研究端粒如何復(fù)制和來調(diào)研是什么物質(zhì)造成了序列在四膜蟲、酵母和錐體蟲內(nèi)的增加。在Liz和她研究生學(xué)生Peter Challoner的前期實(shí)驗(yàn)之后，Carol開始了生化實(shí)驗(yàn)來尋找端粒增加酶的證據(jù)。Carol通過增加DNA研制碎片和放射性核苷酸到四膜蟲細(xì)胞提取來判定是否一個(gè)在限制碎片的一個(gè)末端的端粒序列能被優(yōu)先標(biāo)記來開始研究。這些實(shí)驗(yàn)起初展示了很有潛質(zhì)的結(jié)果。然而，鄰近的檢驗(yàn)展示出標(biāo)記是由于著名的DNA聚合酶活動。Carol因此嘗試了各種底物和反應(yīng)條件來探究是否存

17、在一個(gè)只在端粒序列下表達(dá)的活動。當(dāng)1984年12月Carol利用一個(gè)合成DNA寡核苷酸作為底物反應(yīng)時(shí)，這才有了突破。合成的寡核苷酸呈現(xiàn)了一種不同的可以也在比限制碎片更高度集中的被添加的分子底物。她添加DNA寡核苷酸（TTGGGG）4 到包含的放射性dGTP的非碎片細(xì)胞提取物。當(dāng)產(chǎn)物在定序凝膠上被依形切分時(shí)，一個(gè)六堿基重復(fù)階梯周期性的出現(xiàn)在凝膠上，我們現(xiàn)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)起作用，因?yàn)槎肆９押塑账岬孜飳Ρ扔谠缙谑褂孟拗扑槠膶?shí)驗(yàn)來說有更高的集中呈現(xiàn)。酵母端粒在四膜蟲提取物：證據(jù)圓滿生成一個(gè)六堿基重復(fù)的方式的活動的第一個(gè)線索是令人興奮的。Carol和Liz然后開始探究是否這個(gè)重復(fù)方式是由于一個(gè)新的酶還是一個(gè)

18、在細(xì)胞抽提物中可能使用加入寡核苷酸和復(fù)制內(nèi)生的端粒重復(fù)已建立的DNA多聚酶。Carol用不同的方式來排除作為一個(gè)模板的內(nèi)共生DNA。首先，她展示了延長的活動是對端粒序列專一的，因?yàn)橐粋€(gè)寡核苷酸和一個(gè)不相關(guān)的序列在反應(yīng)中是不擴(kuò)增的。當(dāng)Carol和Liz決定做一個(gè)Szostak和Blackburn跨越界的端粒功能實(shí)驗(yàn)的反轉(zhuǎn)，關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了：這次是在四膜蟲抽提物。他們使用了由酵母端粒序列重復(fù)組成的合成寡核苷酸序列。這個(gè)24堿基寡核苷酸在3尾端擁有序列TGGG，但在其它方面和四膜蟲重復(fù)沒有絲毫關(guān)聯(lián)。實(shí)驗(yàn)展示了不僅僅是酵母端粒在提取物中高效地延長了，而且在溶膠的重復(fù)方式是上移了一個(gè)堿基單位。（Fig.

19、2a.）這是個(gè)令人興奮的突破，以至于使Carol和Liz最后相信這個(gè)活動實(shí)際上是個(gè)獨(dú)立的端粒合成酶。在連接方式的一個(gè)堿基漂移是由于四膜蟲酶正確的合成（TTGGGG）3序列。因?yàn)樗哪はx底物（TTGGGG）3有4G在末端，并且酵母寡核苷酸，所以它不得不在TTGGGG重復(fù)方式該被繼續(xù)前由額外的G擴(kuò)展。這個(gè)導(dǎo)致了在全部鍵連方式的向上的擴(kuò)展-引人注意的證據(jù)就是這個(gè)活動是個(gè)專一端粒末端轉(zhuǎn)移運(yùn)動。在后期論文，這個(gè)酶的名字被簡寫成端粒酶。端粒酶：序列是如何被專一性識別的？已經(jīng)知道了新近發(fā)現(xiàn)的端粒合成活動后，下一個(gè)最重要的問題是端粒序列是如何被專一是別的。一個(gè)可能的模型是可能有一個(gè)核酸成分來識別端粒重復(fù)。實(shí)際上

20、，提取核糖核酸酶的處理廢除了這個(gè)活動。一個(gè)復(fù)雜的系列控制最終解釋了這個(gè)活動的丟失不是人工行為：這個(gè)酶含有一個(gè)基本的RNA成分。然而，發(fā)現(xiàn)這個(gè)專一的RNA是需要巧妙技術(shù)的。Carol 打算純化端粒酶，測序那些聯(lián)通純化酶活動的RNA序列。幾年的冷板凳工作也促成了高度純化的碎片提取，但是RNA始終難以理解的。在轉(zhuǎn)移到在Cold Spring Harbor 實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)獨(dú)立的位置后，Carol才能夠用來自從聯(lián)通純化的RNA的部分序列信息來克隆端粒酶的RNA成分。在一個(gè)克隆中，序列CAACCCAA在測序凝膠的出現(xiàn)很快示意了成功。Carol然后就打算測試這個(gè)RNA是否在酶活動中是要求有的。她積累了不僅是R

21、NA 聯(lián)通純化端粒酶的證據(jù)，還有阻斷CAACCCCAA的寡核苷酸提示了模板區(qū)域也阻斷了酶活動。在模板區(qū)域九個(gè)核苷酸的出現(xiàn)暗示了一個(gè)端粒酶可能合成串聯(lián)TTGGGG重復(fù)的機(jī)制。這個(gè)模型在1989年被提出，至今還是被作為端粒酶活動的一個(gè)認(rèn)可的機(jī)制。Carol將克隆的RNA基因送回給在伯克利的Liz。在Liz實(shí)驗(yàn)室的研究生Guo-Liang Yu和John Bradley制作了模板的突變體。Guo-Liang利用他設(shè)計(jì)的新型導(dǎo)航系統(tǒng) 通過顯微注射基因到四膜蟲在四膜蟲細(xì)胞里過度表達(dá)突變端粒酶。他發(fā)現(xiàn)在這些細(xì)胞的端粒包含更改的端粒重復(fù)序列。這明確地展示了端粒酶利用CAACCCCAA模板序列來指定端粒重復(fù)的

22、增加，也因此建立了他的在體內(nèi)和體外行為的逆轉(zhuǎn)錄模型。酵母端粒酶的證據(jù)與生化努力來證實(shí)四膜蟲的端粒酶組成的研究同時(shí)，在Jack實(shí)驗(yàn)室的Vicki Lundblad著手于在酵母突變?nèi)笔У亩肆Ｐ迯?fù)上的基因篩選。最有意思的突變體有個(gè)表型預(yù)測在端粒修復(fù)上一個(gè)不完全 -一個(gè)連續(xù)的端粒DNA縮短。因?yàn)閺念^到尾鏈上端粒不斷變短，所以該基因被稱為EST1（ever shorter telomeres）。最令人滿足的是，這個(gè)鏈也允許一個(gè)衰老延遲表型，在這個(gè)基因下，這如逐漸的端粒減少所預(yù)測的那樣，正常的時(shí)代生長會有染色體減少和生長電勢顯著減少增加的趨勢。當(dāng)時(shí)還不知道EST1是否和端粒酶或者在端粒修復(fù)中扮演著什么其他

23、的角色。在定性分析四膜蟲端粒酶RNA突變體時(shí)，Liz發(fā)現(xiàn)一個(gè)突變體有個(gè)平行于酵母EST1的突變表型。這個(gè)模板突變在體內(nèi)多少阻斷了所有DNA增加到端粒末端。相反，端粒還是照常變短，細(xì)胞生長了20到25個(gè)細(xì)胞，然后開始衰老（停止分裂）。這個(gè)結(jié)果支持了在酵母的EST1突變也許實(shí)際上是個(gè)端粒酶突變，因?yàn)樗谋硇褪侨绱说暮退哪はx端粒酶突變體相似。總之，這些實(shí)驗(yàn)建立了一套理論，一個(gè)有功能的端粒酶對酵母和四膜蟲的不確定復(fù)制能力是必需的。對酵母端粒酶的生化認(rèn)知來自在Liz實(shí)驗(yàn)室的博士后Marita Cohn 和John prescott。一個(gè)一開始的令人困惑的結(jié)果是在體外活動中不需要EST1的參與。然而，隨后

24、的生化證據(jù)表明Est1 蛋白實(shí)際上是酵母端粒酶復(fù)合體的一個(gè)成分，雖然它不是一個(gè)催化成分。后來被Vicki Lundblad 發(fā)現(xiàn)的EST2基因，證明是編碼催化亞基的。EST2是和Joachim Lingner和Tom Cech提純和確認(rèn)的纖毛端粒酶是同源的，導(dǎo)致他們中的三個(gè)展示了EST2編碼了端粒酶的催化蛋白成分-端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶。（TERT）在癌癥和細(xì)胞復(fù)新中的端粒在四膜蟲和酵母發(fā)現(xiàn)的端粒酶是純好奇驅(qū)動的研究，沒有任何醫(yī)學(xué)方面的影響。然而馬上改變了。雖然人類端粒的序列要花長時(shí)間來測定，但已有證據(jù)表明它們有結(jié)構(gòu)的相似性。1988年，人類端粒序列被測定為TTAGGG的簡單重復(fù)，非常相似于四膜蟲重復(fù)

25、的。這個(gè)和人類端粒酶的確認(rèn)激發(fā)了兩個(gè)領(lǐng)域的研究：細(xì)胞衰老和癌癥。Alexei Olovnikov 曾預(yù)測末端重復(fù)問題將導(dǎo)致也許是限制細(xì)胞衰老培養(yǎng)上的纖維母細(xì)胞細(xì)胞分裂潛力原因的端?？s短。Carol和Clavin Harley合作，發(fā)現(xiàn)端?？s短的確在人類細(xì)胞培養(yǎng)中發(fā)生。這是由于缺少端粒酶表達(dá)和隨之發(fā)生的不可行的正常端粒的維持。如果端粒酶在這些細(xì)胞表達(dá)，那么端粒不縮短，細(xì)胞不衰老。因此，短的端?？梢韵拗萍?xì)胞分裂的能力，暗示著端粒酶抑制可以限制癌細(xì)胞的生長。這個(gè)端粒在癌癥中作用的想法被兩個(gè)獨(dú)立的小組進(jìn)行著進(jìn)一步的驗(yàn)證。Nick Hastie和Titia de Lange兩個(gè)都展示了端粒在癌細(xì)胞中要比

26、在正常組織中小。這個(gè)縮短可能是由于大量的癌細(xì)胞在沒有有效端粒酶的作用下細(xì)胞復(fù)制的結(jié)果。癌細(xì)胞為了克服裝著非常短的端粒細(xì)胞分裂的限制，端粒酶必須表現(xiàn)得允許端粒修復(fù)。隨后端粒酶在人腫瘤細(xì)胞的活躍但在大部分正常細(xì)胞的不可檢測的示例更加加強(qiáng)了端粒酶一直是個(gè)很好的殺死癌細(xì)胞的方式。這些初始的發(fā)現(xiàn)激勵(lì)了癌癥團(tuán)體來研究端粒酶在各種類型腫瘤細(xì)胞的活動，這也導(dǎo)致了一系列關(guān)于端粒酶的出版物的激增。（Fig.3）隨后利用培養(yǎng)的人細(xì)胞和一個(gè)端粒酶淘汰的老鼠模型的工作證實(shí)了端粒酶表達(dá)限制可以限制癌細(xì)胞分裂和腫瘤產(chǎn)生。然而，在一些情況下端粒功能的缺失可能導(dǎo)致染色體的重組以至于加速腫瘤進(jìn)程。決定端粒酶抑制是否將會高效地作用

27、專一種類的癌癥的通路細(xì)節(jié)還仍未探究清楚。這是當(dāng)今相當(dāng)復(fù)雜且富足的研究領(lǐng)域。多長的端粒酶才足夠？整個(gè)90年代持續(xù)的端粒酶的生化研究產(chǎn)生了一個(gè)全新的發(fā)現(xiàn)：短端粒在基因疾病上有著自己的角色。人類端粒酶RNA成分的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)在不相關(guān)等級表現(xiàn)的小RNA模體，也就是snoRNA。這個(gè)模體連接著一個(gè)在核糖體RNA修正作用的叫dyskerin的蛋白。Dyskerin突變體成為了X關(guān)聯(lián)的被以不正常的皮膚和骨髓失敗識別的人類基因病dyskeratosis congenita的基礎(chǔ)。這個(gè)dyskerin與端粒酶的初步聯(lián)系為一條常染色體dyskeratosis congenita統(tǒng)治形式是由于人類端粒酶RNA突變體

28、造成的理論鋪設(shè)了道路。顯然在端粒酶RNA和蛋白質(zhì)成分的突變在人類世代交替中導(dǎo)致進(jìn)程性的端粒縮短，著也限制了組織復(fù)新的能力。這個(gè)限制的組織復(fù)新表明dyskeratosis congenita、先天性貧血和其它依賴于組織的綜合癥是在個(gè)體中最受影響的。最令人震驚的關(guān)于常染色體顯性遺傳的方式的事是它暗示了一個(gè)端粒酶的功能性復(fù)制對端粒維持是不高效的。實(shí)際上，Carol的實(shí)驗(yàn)室在老鼠身上通過展示擁有半數(shù)正常端粒酶導(dǎo)致進(jìn)程化的端?？s短和組織復(fù)新的能力的缺失直接證實(shí)了這一點(diǎn)。這暗示了顯著的端粒酶能力來認(rèn)出和高效的延伸端粒是嚴(yán)格地在細(xì)胞中受限的。旨在理解限制端粒延伸的機(jī)制和為什么端粒酶活動在哺乳動物中如此緊湊規(guī)律的實(shí)驗(yàn)暗示著在未來幾年更多驚奇的端粒酶發(fā)現(xiàn)。好奇心驅(qū)使的研究的力量端粒功能分析的故事、端粒酶的發(fā)現(xiàn)和兩者初始的不可預(yù)見性說明了許多道理。首先，和不同領(lǐng)域的人交流是很有價(jià)值的。隨著科學(xué)學(xué)科的專業(yè)化