端粒與端粒酶保護(hù)染色體的解讀

1、端粒與端粒酶保護(hù)染色體的解讀李苗“端粒和端粒酶是如何保護(hù)染色體的”2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者摘要： 端粒是染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)，對(duì)染色體有保護(hù)作用，端粒酶能合成端粒，使得端粒的長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定。通過(guò)合作和實(shí)驗(yàn)，不斷進(jìn)行猜想和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了端粒和端粒酶的活性與細(xì)胞衰老及各種疾病的關(guān)系。這將有助于攻克醫(yī)療領(lǐng)域的“癌癥，特定遺傳病和衰老”三個(gè)方面的難題 ，有望提供新療法。 確立科研課題：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題獲取科學(xué)事實(shí)：研究基礎(chǔ)提出科學(xué)假說(shuō)：科學(xué)抽象理論實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：假說(shuō)驗(yàn)證建立科學(xué)體系：知識(shí)創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：1、染色體片段的重排不會(huì)發(fā)生在染色體游離端與游離端或者游離端與斷端之間。2、DNA復(fù)制時(shí)隨從鏈末端的

2、復(fù)制是完整的。染色體重排導(dǎo)致缺失、重復(fù)、易位等現(xiàn)象DNA的復(fù)制的完整性研究成果：基本認(rèn)識(shí)：染色體末端不同于DNA斷端。1、Muller設(shè)想端粒是一種末端基因，指出“這種末端基因具有某種特殊的功能，即可以對(duì)染色體的末端起到封閉(sealing)的作用?！?、DNA末端的結(jié)構(gòu)可以完成復(fù)制。工作基礎(chǔ)： 嗜熱四膜蟲(chóng)(Tetrahymenather-mophila)編碼核糖體RNA的線性rDNA分子的端粒序列，結(jié)果表明是由核苷酸六聚體(CCCCAAGGGGTT)連續(xù)重復(fù)構(gòu)成；端粒重復(fù)序列具有方向性. 染色體DNA發(fā)生同源重組，或很快被降解而不能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在。因此，如何使線性質(zhì)粒分子在酵母細(xì)胞核內(nèi)穩(wěn)定存

3、在并進(jìn)行復(fù)制，便成為Szostak實(shí)驗(yàn)室亟待解決的一個(gè)難題。思想的碰撞和交流： 學(xué)術(shù)交流會(huì)議戈登會(huì)議，兩位科學(xué)家的思想發(fā)生了碰撞，產(chǎn)生了新的靈感。 提高線性染色體的穩(wěn)定性成為科學(xué)家共同討論的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：提高線性酵母DNA分子穩(wěn)定性的方法嗜熱四膜蟲(chóng)rDNA含有端粒的末端片段 酵母環(huán)狀質(zhì)粒酶切后形成的線性分子 全新的線性DNA分子 轉(zhuǎn)移到酵母細(xì)胞中穩(wěn)定存在并且進(jìn)行復(fù)制提出設(shè)想： 設(shè)想存在一種特殊類型的轉(zhuǎn)移酶(transferase)能沿3端方向先將模板鏈延長(zhǎng)，再以此為模板合成互補(bǔ)鏈，這樣就保證了子代DNA鏈5端的完整性。對(duì)DNA復(fù)制過(guò)程的討論：實(shí)驗(yàn)過(guò)程： 用一段合成的端粒作為底物，加入嗜熱四膜

4、蟲(chóng)的無(wú)細(xì)胞浸出物(cell free extract)中，并混合了-32P-dGTP與dATP、dTTP、dCTP，孵育一段時(shí)間后將產(chǎn)物進(jìn)行凝膠電泳分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DNA寡聚體的延長(zhǎng)是以6堿基序列重復(fù)相加來(lái)完成的。 排除這種延伸是由已知的DNA聚合酶以四膜蟲(chóng)自身染色體上的(CCCCAA)序列為模板完成的。 結(jié)論：存在一種此前未知的酶來(lái)催化端粒特有的重復(fù)序列延伸，這種酶被命名為端粒酶。探討：端粒酶是以什么為模板延長(zhǎng)端粒的？進(jìn)展成果：轉(zhuǎn)移酶是一種由RNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的核蛋白(ribonucleoprotein，RNP)復(fù)合體。實(shí)驗(yàn)：克隆了嗜熱四膜蟲(chóng)端粒酶上一段159bp長(zhǎng)的RNA片段(159 RN

5、A)，該片段上含有(CAACCCCAA)序列，如果設(shè)法干擾這一段序列，那么端粒酶將無(wú)法正常工作。這說(shuō)明端粒酶可能以此為模板來(lái)延長(zhǎng)端粒。再次驗(yàn)證：這段序列突變，結(jié)果合成的端粒序列隨之變化，且與之互補(bǔ)。結(jié)論：充分說(shuō)明端粒酶是以其上的RNA片段為模板來(lái)合成端粒的。蛋白質(zhì)端粒酶上RNA序列端粒DNA端粒酶合成端粒過(guò)程端粒酶合成端粒模型后隨鏈現(xiàn)在對(duì)端粒和端粒酶的研究進(jìn)展：端粒的結(jié)構(gòu)：端粒酶的結(jié)構(gòu)模型：逆轉(zhuǎn)錄酶，即催化亞基端粒酶RNA端粒酶催化亞單位模型圖：端粒和端粒酶與細(xì)胞衰老： 端粒的重要作用之一是保護(hù)染色體末端不發(fā)生融合 端粒的另一個(gè)重要作用是能阻止細(xì)胞對(duì)染色體末端的DNA損傷反應(yīng) 端粒酶：端粒酶是

6、一種特殊類型的逆轉(zhuǎn)錄酶，其能以自身含有的RNA為模板，延伸染色體的端粒，保證染色體末端復(fù)制的完整?？偨Y(jié)： 選題方面：研究的需要實(shí)驗(yàn)過(guò)程方面：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)嚴(yán)密，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)論方法合作與交流：信息論的觀點(diǎn)端粒和端粒酶的發(fā)現(xiàn)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的價(jià)值腫瘤：端粒酶便成為區(qū)別腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞的關(guān)鍵物質(zhì)，成為腫瘤診斷的標(biāo)志性物質(zhì)，也成為抗腫瘤藥物的靶點(diǎn)。遺傳性疾病:某些基因編碼的蛋白參與構(gòu)成端粒和端粒酶的結(jié)構(gòu)，而這些基因發(fā)生基因突變時(shí)，端粒和端粒酶的功能受到影響，促使某些器官早衰，從而引起疾病。這些遺傳病機(jī)理的認(rèn)識(shí)，對(duì)治療提供了新的思路。亟待解決的問(wèn)題 端粒與端粒保護(hù)蛋白質(zhì)之間是如何相互協(xié)調(diào)從而維持端粒的結(jié)構(gòu)；究竟是由于端粒縮短到一定程度還是某些