端粒、端粒酶與腫瘤課件

端粒為真核細(xì)胞染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)-DNA多個重復(fù)序列。生物體內(nèi)染色體末端的端粒處于不斷地縮短或縮短和延長的變化之中。端粒酶能不斷地延長染色體末端已縮短的端粒，是惡性腫瘤生長必需酶。在不表達(dá)端粒酶的正常細(xì)胞中，位于染色體末端的端粒DNA在連續(xù)的細(xì)胞分裂中逐漸喪失，當(dāng)端粒縮短到臨界長度時，細(xì)胞增殖停止。在癌細(xì)胞中，端粒酶刺激端粒DNA的重新合成。因此，端粒不會縮短，細(xì)胞增殖以不受抑制的狀態(tài)繼續(xù)進(jìn)行。第十章端粒、端粒酶與腫瘤

端粒(telomere)

端粒是真核細(xì)胞內(nèi)染色體末端的蛋白質(zhì)-DNA結(jié)構(gòu)，其功能是完成染色體末端的復(fù)制，防止染色體免遭融合、重組和降解.從單細(xì)胞的有機(jī)體到高等的動植物，端粒的結(jié)構(gòu)和功能都很保守.端粒DNA大多數(shù)有機(jī)體的端粒DNA由非常短而且數(shù)目精確的串聯(lián)重復(fù)DNA排列而成，富含鳥嘌呤.個別種類的端粒DNA重復(fù)單元很長.端粒的DNA序列多種多樣，其功能不需要獨特的序列來維持.盡管在許多物種中端粒DNA有相當(dāng)大的變化，但仍可在進(jìn)化關(guān)系非常遠(yuǎn)的生物中發(fā)現(xiàn)相同的端粒序列，端粒DNA的平均長度因物種而異.在人大約15kb，在人體中，隨著細(xì)胞的持續(xù)分裂，端粒會緩慢縮短.端粒結(jié)合蛋白目前對端粒結(jié)合蛋白還了解甚少.在酵母中，端粒的主要結(jié)合蛋白是Rap1p，在體外以很高的親和性與端粒上的許多識別位點相結(jié)合，Rap1p與端粒長度的調(diào)節(jié)有關(guān)，Rap1p能夠阻止端粒酶接近端粒從而負(fù)調(diào)節(jié)端粒的長度.相反，有人說，Rap1p可以在端粒周圍通過聚集端粒酶或提高端粒酶活性而延長端粒.因此末端限制性結(jié)合蛋白可能是端粒染色質(zhì)的一個普通特性.端粒酶(telomerase)端粒酶是一種核糖核蛋白,自身攜帶模板的反轉(zhuǎn)錄酶，催化端粒DNA的合成，能夠在缺少DNA模板的情況下,能夠以自身攜帶的RNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄合成端粒DNA并添加于染色體末端，從而維持了端粒長度的穩(wěn)定。

端粒酶活性取決于它的RNA和蛋白質(zhì)亞基.端粒酶至少包含兩個活性位點.端粒酶除了具有反轉(zhuǎn)錄活性外，還具有核酸內(nèi)切酶的活性。另外一個重要的功能就是合成串聯(lián)重復(fù)的TTAGGG序列，為TRF2提供結(jié)合位點，防止染色體的末端融合.端粒酶的RNA亞基是合成端粒DNA的模板，對于端粒酶的結(jié)構(gòu)和催化活性都十分重要.人端粒酶RNA有455個核苷酸.端粒酶RNA重要序列缺乏保守性，但都有保守的二級結(jié)構(gòu).，端粒酶的RNA決定了端粒DNA的序列.1972年JamesWatson提出復(fù)制末端問題，復(fù)制DNA的DNA多聚酶不能將線性染色體的DNA完全復(fù)制。也就是說在線性染色體的DNA復(fù)制時，DNA多聚酶留下染色體末端一段DNA（一段端粒）不被復(fù)制。這樣真核細(xì)胞染色體末端的端粒就會隨著細(xì)胞分裂而縮短，這個縮短的端粒再傳給子細(xì)胞后，隨著細(xì)胞的再一次分裂進(jìn)一步縮短。細(xì)胞每次分裂，染色體末端端粒逐漸縮短，直至細(xì)胞衰老。人類體細(xì)胞遵循這個規(guī)律從細(xì)胞出生到細(xì)胞衰老。端粒確實隨著每次細(xì)胞分裂而縮短，但能被新合成的端粒片段再延長，1984年首先在四膜蟲中證實了有這種能使端粒延長的酶的存在―端粒酶。端粒酶為一種核糖核蛋白酶，端粒的合成是以一段RNA為模板，端粒酶通過反轉(zhuǎn)錄過程合成端粒片段并使其連接于染色體的端粒末端。端粒酶的發(fā)現(xiàn)解釋了自然界如單細(xì)胞生物是如何處理“復(fù)制末端問題”二、人各種組織端粒酶活性分析端粒的長度可以作為反映細(xì)胞分裂能力的“分子鐘”。惡性腫瘤主要表現(xiàn)為細(xì)胞失去控制的無限增殖，造成對機(jī)體的損害。如果惡性腫瘤細(xì)胞缺乏端粒酶，隨著細(xì)胞分裂染色體末端的端粒逐漸縮短，當(dāng)端粒長度縮短到一定程度時，細(xì)胞進(jìn)入衰老階段，停止分裂將不造成機(jī)體損害；但惡性腫瘤內(nèi)端粒酶的存在，將不斷地延長已縮短的端粒，使惡性腫瘤顯示無限制的增殖能力。檢測方法：1.引物延伸分析法：（primer-extentionassay）檢測細(xì)胞或組織的端粒酶活性需大量的細(xì)胞及長時間放射自顯影，所得的信號弱。1994年有人在惡性腫瘤組織中檢測到端粒酶活性。2.端粒重復(fù)擴(kuò)增分析法（telomerierepeatamplificationprotocolassay,TRAP）技術(shù)：PCR技術(shù)以檢測端粒酶活性，檢測組織的端粒酶活性3.在引物方面作了改進(jìn),相繼建立了熒光法、原位端粒重復(fù)片段擴(kuò)增法及TRAP與閃爍技術(shù)聯(lián)用的SPA法等敏感的檢測手段，在醫(yī)療檢測中得到了迅速的應(yīng)用.分析對正常組織、良性病變及惡性腫瘤組織端粒酶活性結(jié)果：1.正常組織中，除生殖細(xì)胞和部分造血干細(xì)胞顯示微弱的端粒酶活性外，均無端粒酶活性。2.良性病變組織中除個別病例有很微弱的端粒酶活性外，如肝炎、肝硬化、良性腦膜瘤，絕大多數(shù)病例均顯示端粒酶活性陰性。3.惡性腫瘤組織恰恰相反，絕大多數(shù)惡性腫瘤組織均顯示明顯的端粒酶活性。神經(jīng)細(xì)胞瘤和胃癌組織中端粒酶高表達(dá)病例生存期明顯低于端粒酶的低表達(dá)病例。4.人組織胚胎和發(fā)育過程中端粒酶活性：在胚胎、新生兒和成人的睪丸和卵巢組織中始終具有端粒酶活性，但成熟的精子和卵子無酶活性。除腦組織外，胚胎發(fā)育的第16-20周，所有母細(xì)胞組織中均有明顯的端粒酶活性。端粒酶在新生兒外周血細(xì)胞和未滿月嬰兒包皮組織中顯示活性。除生殖細(xì)胞外，出生后２個月的嬰兒任何體細(xì)胞未見端粒酶活性。

正常體細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和人組織胚胎及發(fā)育過程中，端粒酶活性不同。機(jī)體發(fā)育成熟后，體細(xì)胞端粒酶均被抑制，其端粒隨著每次的細(xì)胞分裂逐漸縮短，當(dāng)端粒完全或幾乎完全丟失后，細(xì)胞將滅亡或死亡。當(dāng)端粒短至一定閾值時會發(fā)出某種信號使細(xì)胞不再分裂。某種促癌基因突變阻止信號發(fā)出或使細(xì)胞不理會信號時，細(xì)胞將繞過正常的衰老過程繼續(xù)分裂，染色體末端的端粒將繼續(xù)縮短并使染色體異常，最后可能引起癌基因突變。染色體異常引起的基因重排能使被抑制的端粒酶重新激活，激活的端粒酶將重新填補(bǔ)已縮短的端粒是細(xì)胞獲得或保持無限的分裂能力變成惡性腫瘤細(xì)胞。三、端粒酶與腫瘤診斷和治療由于端粒酶活性見于絕大多數(shù)惡性腫瘤，而人正常細(xì)胞中未見該酶活性，端粒酶活性為惡性腫瘤的診斷和治療帶來了希望。首先，端粒酶活性的檢測有希望成為早期惡性腫瘤的標(biāo)志物，若能將轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞與外周血細(xì)胞分開亦可作為載體轉(zhuǎn)移癌的標(biāo)志物。在正常的人體細(xì)胞中，端粒程序性地縮短限制了轉(zhuǎn)化細(xì)胞的生長能力，這可能是腫瘤形成的一個抑制機(jī)制.

端粒酶的重新表達(dá)在細(xì)胞永生化及癌變過程中起著重要的作用.有人認(rèn)為表達(dá)端粒酶的正常細(xì)胞更易癌變.在不同腫瘤大約1000多個活檢樣品中發(fā)現(xiàn)大約85％的樣品呈端粒酶陽性反應(yīng).相反，90％以上的鄰近正常組織卻是端粒酶陰性.這個酶與永生化和腫瘤的形成聯(lián)系密切.端粒酶活性與腫瘤的這種特殊關(guān)系使之在診斷與治療方面具有重要的應(yīng)用價值.對端粒酶活性的抑制可能對某些類型的腫瘤來說是一個很有意義的治療方法

端粒的數(shù)量控制著細(xì)胞的增殖能力，是細(xì)胞內(nèi)的分裂鐘.當(dāng)正常人體細(xì)胞的端粒縮短至一定程度時，啟動阻止細(xì)胞分裂的信號，細(xì)胞開始衰老死亡，此即所謂的Hayflick界限(M1期).一些細(xì)胞由于癌基因、抑癌基因等的突變逃逸M1期，獲得一定的額外增殖能力，進(jìn)入第二死亡期(M2).此時端粒酶仍為陰性，端粒進(jìn)一步縮短.大部分細(xì)胞達(dá)到極限