《生物化学与生物物理进展》
生物化学与生物物理进展

生物化学与生物物理进展生物化学和生物物理是生命科学中不可分割的两大领域,它们通过研究生物大分子的结构、功能以及相互作用来揭示生命活动的基本规律。
近年来,随着科学技术的不断创新和发展,生物化学和生物物理领域的研究取得了许多重要进展。
生物化学的研究进展生物化学是研究生物大分子(如蛋白质、核酸、糖类等)在生物体内的结构、功能及代谢等方面的科学。
近年来,生物化学领域的研究取得了许多重要进展,其中最引人关注的包括:1.蛋白质结构与功能的解析:随着蛋白质的结构解析技术的不断发展,越来越多的蛋白质的结构被揭示出来。
这些结构的解析为人们深入理解蛋白质的功能提供了重要的依据。
2.代谢途径的研究:生物体内的代谢途径是维持生命活动的基础,而生物化学家们对代谢途径的研究不断深入,揭示了许多新的生化反应和调控机制。
3.基因表达调控的研究:生物体内的基因表达是生物体结构和功能的基础,生物化学家们对基因表达调控的研究不断取得新的突破,有助于揭示细胞信号传导和基因调控网络的复杂机制。
生物物理的研究进展生物物理是研究生物体内的物理过程和物理机制的科学。
近年来,生物物理领域的研究也取得了许多重要进展,其中最值得关注的包括:1.膜蛋白的结构与功能研究:细胞膜上的蛋白质在细胞信号传导和物质运输等生命过程中发挥着关键作用。
生物物理学家们通过研究膜蛋白的物理性质和结构特征,揭示了膜蛋白的生物学功能及其调控机制。
2.蛋白质和核酸的相互作用研究:蛋白质和核酸作为生物体内最重要的功能分子之一,它们之间的相互作用对细胞功能的调控至关重要。
生物物理学家们利用各种物理手段研究蛋白质和核酸的相互作用机制,为理解生物体内的基本生命过程提供了重要线索。
3.生物体内的流体动力学研究:生物体内存在着复杂的液相环境,液相流体动力学的研究对于理解细胞内物质的输运和细胞器官的功能至关重要。
生物物理学家们通过仿真模拟和实验研究等手段,揭示了生物体内流体动力学的基本规律。
用清除有机自由基DPPH法评价植物抗氧化能力 (2)

研究简报用清除有机自由基DPPH法评价植物抗氧化能力3彭长连 陈少薇 林植芳 林桂珠(中国科学院华南植物研究所,广州510650)摘要 几种抗氧化剂的浓度与其清除1,12二苯基苦基苯肼(DPPH)能力呈显著的线性相关.不同抗氧化剂清除DPPH能力差异明显.抗坏血酸与DPPH反应的灵敏性高于其抑制肾上腺素氧化的能力.用DPPH法和亚油酸氧化法同时测定了生长在不同光强下植物叶片抗氧化能力的变化,两种方法所得结论相一致.结果表明清除有机自由基法是一种快速、简便、灵敏的评估植物抗氧化能力的可行方法.关键词 1,12二苯基苦基苯肼(DPPH),植物,抗氧化能力,自由基学科分类号 Q946 生物的抗氧化能力与其抗病性、抗逆性及延缓衰老密切相关.因而从天然植物中寻找有效的抗氧化剂应用于医药、食品、保健品、饮料、化妆品等之中,或从氧化与抗氧化代谢的平衡来探讨生物对变化环境条件的适应性机理,都是当前的研究热点之一. 迄今用于评价植物抗氧化能力的方法虽已有诸如硫氰酸盐(thiocyanate)法[1]、硫代巴比妥酸(TBA)法[2]、ORAC法(automated oxygen radical absorbance capacity assay)[3]等.但这些方法或者手续相当繁琐费时,或者所需试剂或大型仪器的费用昂贵,尚缺乏一种灵敏、简单易行的有效方法.1, 12二苯基苦基苯肼(1,12Diphenyl222picryl2 hydrazyl,DPPH)是一种稳定的有机自由基,通过检测生物试剂对DPPH自由基的清除能力可以表示其抗氧化性的强弱.然而对自由基信号的直接检测需要使用顺磁共振仪而使其难以普及.近年来,国外已有人初步利用DPPH溶液的紫红色吸光度变化作为清除自由基能力的分光光度测定[4,5],但对其准确性、灵敏度和可行性尚未有系统的探讨.本文旨在研究DPPH分光光度法用以评价植物抗氧化能力的可行性,为抗氧化剂的筛选和抗氧化胁迫机理的研究提供新的方法和依据.1 材料与方法111 仪器和试剂 紫外可见分光光度计(Beckman DU27),二苯基苦基苯肼(1,12diphenyl222picrylhydrazyl,DPPH),肾上腺素,硫代巴比妥酸(TBA),亚油酸,外源抗氧化剂抗坏血酸(AsA)、 皮素(QCT)、还原型谷胱甘肽(GSH)、丁基羟基甲苯(BHT),为Sigma公司产品,α2生育酚(α2TP)为Merck公司产品.自由基捕获剂1,22二羟基苯23,52二磺酸钠(Tiron),甲醇,乙醇为国产产品.112 植物材料 试验植物为广东省鼎湖山常绿阔叶林中的乔木黧蒴(Castanopsis f issa)和林下灌木九节(Psycot ria rubra).盆栽幼苗生长于本所试验地的自然光强(100%光)和遮阴降低光强为自然光的36%和16%条件下.012g叶片用50%乙醇浸提,研磨和离心(5000×g,15min),定容至10ml. 113 有机自由基(DPPH)消除能力的测定 参考Larrauri和Y okozawa等[4,5]的方法进行修改.利用DPPH溶液的特征紫红色团的吸收峰,以分光光度法测定加抗氧化剂或植物提取液后A525吸收的下降表示其对有机自由基消除能力.反应体积2ml,DPPH溶于少量甲醇后,以50%乙醇配制为120μmol/L.植物提取液稀释10倍,反应时加011ml稀释的提取液及119ml DPPH.室温下静置20min后测吸光度变化.样品对DPPH 的清除百分比=12[(A-B)/A0]×100%,这里A0为未加样的DPPH(119ml DPPH+011ml 50%乙醇)的吸光度,A为样品与DPPH反应后的吸光度,B为样品的空白(样品011ml+119ml 3中国科学院广州分院及广东省科学院测试基金和中国科学院“九五”重点基金(KZ9522J12105)联合资助. Tel:(020)877056262405,E2mail:pengchl@ 收稿日期:1999211220,修回日期:200020420250%乙醇)的吸光度.然后用公式:[(清除率×反应加入的DPPH 量)/样品质量(μg )]求得单位质量的外源抗氧化剂或植物样品对DPPH 的实际清除量.114 抑制亚油酸氧化能力的测定 最终浓度为0138mmol/L 的亚油酸加0133mmol/L H 2O 2加速氧化,在有或无植物提取液下置于室温放置5h ,不时摇动,随后用硫代巴比妥酸(TBA )法测定所产生的丙二醛(MDA )[6].用抑制MDA 形成的百分数表示抗氧化能力.115 抑制肾上腺素氧化 参照翁元凯等的方法[7],以碱性连二亚硫酸钠产生O ・2,用不同浓度的AsA 抑制O ・2对肾上腺素的氧化,480nm (肾上腺素红的特征吸收峰)检测吸收的下降.2 结果与讨论211 DPPH 的吸收光谱 有机自由基DPPH 溶液有两个特征吸收峰330nm 和525nm ,加入抗氧化剂抗坏血酸(AsA )和 皮素(QCT )后两个吸收峰皆降低(图1),但525nm 吸收的降低较显著,故选用可见光525nm 的吸收来表示DPPH 含量的变化,这与Larrauri 等[4]报道DPPH 吸收峰在517nm 有点差异.图1 DPPH 的吸收光谱212 抗氧化剂浓度与其清除DPPH 的关系 没食子酸(GIP )、 皮素(QCT )、还原型谷胱甘肽(GSH )和α2生育酚(α2TP )是植物体内常见的抗氧化剂,BHT 是人工合成的常用食品抗氧化剂,Tiron 则是人工合成的自由基捕获剂.图2可见这几种抗氧化剂的浓度皆与DPPH 的光吸收呈显著的线性负相关(图2),相关系数r 除BHT 为018977(图2b )外,其余都在019670~019935之间.抗氧化剂浓度越高,清除DPPH 的能力越大.结果说明无论是植物的内源抗氧化剂还是人工合成的抗氧化剂,其抗氧化性都可用DPPH 法作定量评价.图2 几种抗氧化剂与DPPH 吸收峰(A 525)下降的关系(a )■———■:QCT ,y 1=-010872x +110543,r =019904;●———●:GIA ,y 2=-012485x +110843,r =019935;(b )■———■:BHT ,y 3=-010245x +019008,r =018977;●———●:GSH ,y 4=-010149x +110715,r =019918;(C )■———■:α2TP ,y 5=-010233x +018558,r =019788;●———●:Tiron ,y 6=-010212x +017586,r =019670.213 不同抗氧化剂清除DPPH 能力的比较 表1看出计算降低DPPH 吸收50%时抗氧化剂的浓度(IC 50值)或每微克抗氧化剂实际清除DPPH 的数量皆表明,没食子酸的清除能力最强,皮素次之,而GSH 、α2TP 和两种人工合成的抗氧化剂BHT 及Tiron 则较低.这与Cao 等[8]利用ORAC 法的测定指出一些类黄酮比ASA 、α2TP 和GSH 有更强的抗氧化活性结果相一致.表1 几种抗氧化剂清除DPPH 自由基能力的变化抗氧化剂 IC 50(DPPH 吸收降低50%时抗氧化剂的量) ρ/μg c /μmol ・L -1DPPH 清除量/g ・g -1GIP2111612324122QCT 516791317170AsA 8141261535107BHT 13190351132183GSH 34136621121130α2TP 19150221631119Tiron16180381121187214 抗坏血酸清除DPPH 与抑制肾上腺素氧化的比较 抑制肾上腺素氧化也常用作测定抗氧化能力的一种方法.图3比较了肾上腺素法与DPPH 法用于评价抗坏血酸(AsA )抗氧化能力的灵敏度.结果看出AsA 含量与DPPH 吸收之间的斜率为-010638,相关系数为019986(图3b ),而AsA 含量与抑制肾上腺素氧化之间的斜率为-010011,相关系数为019775(图3a ).即DPPH 法的直线斜率和与AsA 含量的相关性皆大于肾上腺素法,表明其更为灵敏与准确.此外,肾上腺素法需在碱性条件下反应,其活性氧(O ・2)源也需通过化学反应产生,而DPPH 法则可直接检测DPPH 自由基的变化.图3 抗坏血酸抑制肾上腺素氧化(a)和清除DPPH (b)的比较(a )y 1=-010011x +011619,r =019775;(b )y 2=-010638x +110962,r =019986.215 DPPH 法和亚油酸氧化法测定植物叶片抗氧化能力的比较 亚油酸氧化法也是测定植物抗氧化能力的常用方法.用它和DPPH 法比较生长在不同光强下森林植物黧蒴和九节叶片的抗氧化能力(图4),可以看出两种方法的结果基本一致.随生长光强的增加,两种植物抗氧化能力都提高.自然光照下九节叶片的抗氧化能力大于黧蒴,而且光强对九节抗氧化能力的影响较黧蒴大,显示前者对光强的敏感性较高.由此结果进一步表证了DPPH 法研究植物抗氧化能力与植物种类及外界环境因子之间关系的可行性.图4 生长在不同光强下的植物提取物清除DPPH (a)和抑制亚油酸自动氧化(b)的变化□:黧蒴;■:九节. 综上所述,应用DPPH 法来评价外源抗氧化剂和植物抗氧化能力是一种快速(反应时间仅需20min左右)、简便(操作简单,且用一般的分光光度计即可测定)、灵敏(只需要少量的植物样品)、直接(抗氧化剂直接作用于DPPH自由基,测定DPPH吸收的变化,而其他许多方法都是间接测定氧化产物的减少)可行的方法.参 考 文 献1 Osawa T,Namiki M A.Novel type of antioxidant isolated from leaf wax of Eucalypt us leaves.Agric Biol Chem,1981,45(3): 735~7392 Ottolenghi A.Interaction of ascorbic acid and mitochondrial lipides.Arch Biochem Biophys,1959,79:355~3633 Cao G,Alessio H M,Culter R G.Oxygen2radical absorbance capacity assay for antioxidants.Free Radical Biol Med,1993,14(3):303~3114 Larrauri J A,Sanchez2Moreno C,Saura2Calixto F.Effect of temperature on the free radical scavenging capacity of extracts from red and white grape pomace peels.J Agric Food Chem,1998,46(7):2694~26975 Y okozawa T,Dong E,Natagawa T,et al.In vit ro and i n vivo studies on the radical2scavenging activity of tea.J Agric Food Chem,1998,46(6):2143~21506 林植芳,李双顺,林桂珠,等.水稻叶片衰老与超氧歧化酶、脂质过氧化的关系,植物学报,1984,26(6):605~615Lin Z F,Li S S,Lin G Z,et al.Acta Bot Sin,1984,26(6): 605~6157 翁元凯,黄 山,翁念宇.用碱性连二硫酸钠水溶液产生超氧阴离子自由基,生物化学与生物物理进展,1989,16(3): 209Wong Y K,Huang S,Wong L Y.Prog Biochem Biophys,1989, 16(3):2098 Cao G,Sofic E,Prior R L.Antioxidant capacity of tea and common vegetables.J Agric Food Chem,1996,44(11):3426~3431Detection of Antioxidative C apacity in Plants by Scavenging Organic Free R adical DPPH.PEN G Chang2Lian,CHEN Shao2Wei,L IN Zhi2Fang,L IN Gui2Zhu(South Chi na Instit ute of Botany,The Chi nese A cademy of Sciences,Guangz hou510650, China).Abstract A very significant linear relationship was found between the capacity of scavenging DPPH free radical and concentrations of six antioxidants(r= 01898~01994)determined by spectrophotometry. There was an obvious difference in the capacity of scavenging DPPH free radical among different antioxidants.Both scavenging DPPH and inhibiting the oxidation of adrenalin were closely related with the concentration of ascorbic acid.The change of DPPH levels is more sensitive than that of adrenalin in the presence of ascorbate.The antioxidative ability in leaves extracts of two woody plants grown under different light intensities was measured by either scavenging DPPH or inhibiting the oxidation of linoleic acid.The same conclusion was drawn through these two assays.It is suggested that scavenging DPPH free radical is a rapid,simple,sensitive and practical assay for the evaluation of antioxidative capacity in plants.K ey w ords 1,12diphenyl222picrylhydrazyl(DPPH), plant,antioxidative capacity,free radical中国生物化学与分子生物学会简讯 由中国生物化学与分子生物学会承办的第十五届亚洲大洋洲生物化学家和分子生物学家联合会(FAOBMB)学术会议于10月21日至24日在北京举行。
生物化学与生物物理进展

生物化学与生物物理进展生物化学与生物物理是生命科学领域中的两个重要分支,它们研究生命体系中的物质和能量转化以及相互作用的规律,为探索生物世界的奥秘提供了重要的理论基础和科学手段。
本文将从生物化学和生物物理的基本概念入手,通过介绍相关研究进展,阐述它们在生命科学中的重要性。
一、生物化学1、概念生物化学是研究生命体系中发生的化学反应,包括分子结构、代谢途径、酶和基因的功能等。
生物化学研究的对象跨越了从原子到生物分子和细胞的层次。
生物化学研究的重点在于发现分子之间的相互作用在生命活动中的关键作用。
2、近年来的进展(1)基因组学基因组学是生物化学领域的一个重要研究方向,它研究整个基因组的结构、功能与调控。
随着现代分子生物学技术的不断发展,特别是高通量测序技术的引入,人们已经获得了许多生物体的全基因组序列,并对它们进行了全面的注释。
这样,基因组学为我们揭示了基因组的演化、结构、功能和表达调控等方面的秘密,推动了生物学研究的快速发展。
(2)代谢组学代谢组学研究的是生物体内代谢产物的组成和变化规律,通过系统地检测和分析代谢产物来获取生物体内代谢状态的信息。
代谢组学不仅可以用于疾病诊断和治疗的研究,还可以用于食品和药物的研发等领域。
例如,代谢组学技术已经被应用于体外诊断、癌症筛查和新药研发等方面。
(3)蛋白质组学蛋白质组学是生物化学的重要分支,它研究的是生物体内蛋白质的分布、结构、功能和相互作用等问题。
蛋白质组学可以对蛋白质进行大规模的分析和鉴定,为发现新的生物分子以及研究它们的功能和动态过程提供了有效手段。
近年来,蛋白质组学已经成为现代生物学研究的重要组成部分,为研究生命的基本问题提供了新的思路和方法。
二、生物物理1、概念生物物理是研究生命体系中的物理现象和力学规律的科学,它将物理学和生物学的原理相结合,研究生物体的结构、动力学和功能等问题。
生物物理研究的重点在于揭示生命过程中的物理基础和动力学机制。
2、近年来的进展(1)生物大分子结构研究生物物理学的重要研究方向之一是生物大分子结构研究,包括蛋白质、核酸和多糖等生物分子的空间结构、分子间相互作用、折叠和解折叠过程等。
_自顶向下_top_down_的蛋白质组学_蛋白质变体的规模化鉴定_孙瑞祥

鉴定到的肽段同时匹配上几个高度同源的蛋白质时 就无法确定哪些蛋白质是真实存在的,这样的现象 在人类蛋白质中大量存在[17].以完整蛋白质为研究 对象的“自顶向下”的蛋白质组学,为解决这个问 题提供了新的思路和技术实现的可能,这主要也是 源自最近几年内质谱技术的快速发展.
早期的质谱技术主要用途是测量元素的同位 素,之后出现了可以测量小分子的质谱.20 世纪 80 年 代 末 电 喷 雾 离 子 化 (electro-spray ionization, ESI) 与 基 质 辅 助 激 光 解 吸 附 离 子 化 (matrix-assisted laser desorption and ionization,MALDI)两项软电离 技术的发明,使得质谱技术可以在测量生物大分子 上得到广泛的应用,以肽段为中心的质谱分析已经 成为当前蛋白质鉴定的常规手段.随着高分辨率质 谱技术越来越成熟,直接测量完整蛋白质的分子质 量与蛋白质的碎裂谱成为可能.质谱技术的发展还 可以直接测量蛋白质复合体的质谱.从上述质谱技 术的发展过程来看,可测量的对象由小逐渐变大, 从元素到小分子,从肽段到蛋白质,再到蛋白质的 复合体,这反映出了质谱技术发展的趋势,同时也 反映出了蛋白质研究的技术需求.
生物化学与生物物理进展2008年第35卷(第1—12期)总目次

焦仁杰 (1 1 12 )
邱小燕
MirR co NA调控 固有免疫应答的分子机制 … …… … … … …
… … … … … … … … … … … …
三磷酸腺苷结合盒转运体 A1 究的最新进展 ……… …… … 研
… … … … … … … … … … … … … … … … …
侯召华
张
建
… … … … … … … … … … … …
唐胜球
江青艳
张永亮等 (6 ) 21
纳米材料生物效应研究进展 … 周 国强 樊晋宇
李玉锋等 (9) 9 8 张先恩 ( l2 1 1)
研 究细胞凋亡的新模式生物——酵母 ……… …………………
… … … … … … … … … … … … …
T淋 巴细胞抑制急性感染 的炎症反应 ……… …………………
… … … … … … … … … … … …
刘大飞
刘春 国
刘
明等 f6) 87
赵 洁
杨选明
郑超 固
都培 双等 (2) 19
阎锡蕴 (3) 1 3
药物分子伴侣: 白质折 叠运输缺陷的新疗法 …… … …… … 蛋
… … … … … … … … … … … …
田志刚 f1 l 13 1
胡炎伟
唐朝克 (7) 33 杨增 明 (8) 4 3 刘庆莹 f8 ) 4 8
真核生物 mR NA 非翻译 区的功能 …… … …… … …… …… 3
… … … … … … … … … … … … …
符庆瑛
高钰琪 (4 ) 2 6
刘 定 干 (8 ) 9 0
自然杀伤细胞受体及其配体表达的转录和表观遗传调控 … …
生物物理学和生物化学的研究进展

生物物理学和生物化学的研究进展生物物理学和生物化学是生物学研究的两个重要分支。
生物物理学是研究生物大分子的结构和功能,从物理学角度探究生命的本质;而生物化学则是探究生物大分子的化学组成和反应,研究生命的化学基础。
这两个学科领域的发展为我们认识和探究生命提供了重要的途径。
一、生物物理学的研究进展生物物理学以物理学和化学的方法研究生物大分子的结构和功能,主要研究生物分子的电磁学、热学、力学等基本性质,以及生物分子的组装、动力学和稳定性等特殊性质。
在生命科学研究中,生物物理学为人类揭开了生物学领域的一系列秘密。
例如,第一张肝脏X射线衍射图像的诞生,揭示了蛋白质的三维结构,是生物物理学的杰作。
近年来,生物物理学领域的技术和方法不断发展,新一代的生物物理学研究技术不仅在刻画生物分子结构、动力学和相互作用方面有着不可替代的作用,同时也对药物研究与开发、生物制品的生产与质量控制等方面带来了全新的机遇。
二、生物化学的研究进展生物化学主要研究生物大分子的化学组成和反应过程,该领域与生物学、化学和医学等多个学科领域有着重要联系。
生物化学的研究范围广泛,涉及生命起源演化、生物大分子的合成和降解、生物反应的调控与信号转导等多个方面。
在现代科技的推动下,生物化学的研究进展极为迅速,不断推动人类对于生命科学的认识。
生物芯片、蛋白质分离技术、基因工程、生物计算等技术的应用,拓展了生物化学在生命科学中的应用范围,使得生物化学成为了生命科学的重要骨干。
三、生物物理学和生物化学的结合生物物理学和生物化学是生命科学的重要分支。
他们之间有着密切的联系和互动,生物化学和生物物理学可以通过描绘生物分子的化学组成和物理特性,来解释生命现象和所涉及的基本生命过程。
而生物物理学则是探究生物分子的物理性质,加深了对于生物分子结构和相互作用的理解。
生物物理学和生物化学的结合,为人类提供了丰富的生命科学研究手段。
例如,先进的光学显微技术可以观察到生命分子的局部结构,蛋白物质在生物化学反应中的结构、运动和重要功能的发现,为生命科学的研究提供了重要的帮助。
去泛素化酶在肾细胞癌中的作用

去泛素化酶在肾细胞癌中的作用
罗霞;金晓锋
【期刊名称】《生物化学与生物物理进展》
【年(卷),期】2024(51)2
【摘要】肾细胞癌(renal cell carcinoma,RCC)是成人肾脏的原发性恶性肿瘤。
泛素-蛋白酶体系统(ubiquitinproteasome system,UPS)对控制蛋白质水平和调节生理病理过程至关重要。
去泛素化酶(deubiquitinases,DUBs)是UPS的关键成分,特别是从靶蛋白中去除泛素链,通过严格调节正常生理学中泛素化和去泛素化之间的
平衡,对蛋白质稳态和质量控制显示出至关重要的作用。
越来越多的研究表明,功能
异常的DUBs与RCC的进展和转移有关。
根据底物的不同,一些DUB可能会抑制RCC,而另一些则促进。
本文综述了RCC相关DUB的最新研究进展,描述了其分类、功能作用,总结了DUB在RCC中的作用和作用机制,并讨论了靶向DUBs用于癌症治疗。
【总页数】24页(P276-299)
【作者】罗霞;金晓锋
【作者单位】宁波大学医学部生物化学与分子生物学系
【正文语种】中文
【中图分类】Q7;R737.33
【相关文献】
1.去泛素化酶在喉癌及舌癌中的作用及机制研究
2.去泛素化特异性蛋白酶18依赖其去泛素化作用预防肝脂肪变性和胰岛素抵抗
3.去泛素化酶在ER阳性乳腺癌中作用的研究进展
4.线性泛素连接酶复合体与去线性泛素化酶在肿瘤中的研究进展
5.去泛素化酶在肿瘤上皮间质转化中的作用
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端粒及端粒酶的研究进展

生物化学与生物物理进展PROGRESS IN BIOCHEMISTRY ANDBIOPHYSICS1999年 第26卷 第5期 Vol.26 No.5 1999端粒及端粒酶的研究进展任建国 周军 戴尧仁摘要 端粒是染色体末端独特的蛋白质-DNA结构,在保护染色体的完整性和维持细胞的复制能力方面起着重要的作用.端粒酶则是由RNA和蛋白质亚基组成的、能够延长端粒的一种特殊反转录酶.端粒长度和端粒酶活性的变化与细胞衰老和癌变密切相关.端粒结合蛋白可能通过调节端粒酶的活性来调节端粒长度,进而控制细胞的衰老、永生化和癌变.研制端粒酶的专一性抑制剂在肿瘤治疗方面有着广阔的前景.关键词 端粒,端粒酶,衰老,永生化,癌变学科分类号 Q50Progress in the Studies of Telomere and Telomerase.REN Jian-Guo, ZHOU Jun, DAI Yao-Ren(Department of Biological Science and Biotechnology, Tsinghua University, Beijing 100084,China).Abstract Telomeres are unique DNA-protein complexes at the terminals of chromosomes that play a critical role in protecting chromosomal integrity and in maintaining cellular replicative potential. Telomerase is a specialized reverse transcriptase, composed of both RNA and protein subunits, that elongates telomeric repeats. The changes in telomere length and telomerase activity are closely linked to cell aging and carcinogenesis. Telomere binding-protein may regulate telomere length by regulating telomerase activity, and then control cell aging, immortalization and carcinogenesis.The development of specific telomerase inhibitors will have broad prospect in the aspect of tumor therapy.Key words telomere, telomerase, aging, immortalization,carcinogenesis 近年来,有关端粒及端粒酶的研究异常活跃,许多新的结构和功能的发现使之成为生物学和医学关注的热点.本文拟对端粒及端粒酶的最新进展予以阐述.1 端粒(telomere) 端粒是真核细胞内染色体末端的蛋白质-DNA结构,其功能是完成染色体末端的复制,防止染色体免遭融合、重组和降解[1~3].从单细胞的有机体到高等的动植物,端粒的结构和功能都很保守.1.1 端粒DNA 大多数有机体的端粒DNA由非常短而且数目精确的串联重复DNA排列而成,富含鸟嘌呤.个别种类的端粒DNA重复单元很长.此外,果蝇的端粒结构非常新颖,重复序列是一个可互换的因子.端粒的DNA序列多种多样,其功能不需要独特的序列来维持.尽管在许多物种中端粒DNA有相当大的变化,但仍可在进化关系非常远的生物中发现相同的端粒序列,如所有的脊椎动物、原生动物锥虫及几种粘菌和真菌都有相同的端粒序列T2AG3.其他情况下,尽管不同的有机体有不同的端粒序列,但彼此总有明显的相关性. 端粒DNA的平均长度因物种而异.在人中大约15 kb,在大鼠中可长达150 kb,在小鼠中一般在5~80 kb之间变化,而在尖毛虫中却只有20 bp.在所有的有机体中,端粒DNA的长度总是波动变化的.酵母的端粒DNA在200到400 bp间随遗传或营养状态的改变而改变.四膜虫和锥虫等有机体的端粒长度在对数期会持续增加.相反,在人体中,随着细胞的持续分裂,端粒会缓慢缩短.1.2 端粒结合蛋白 目前对端粒结合蛋白还了解甚少.在酵母中,端粒的主要结合蛋白是Rap1p,在体外以很高的亲和性与端粒上的许多识别位点相结合.研究表明,Rap1p与端粒长度的调节有关,Marcand等[4]认为Rap1p能够阻止端粒酶接近端粒从而负调节端粒的长度.相反,Ray等[5]的研究结果表明Rap1p可以在端粒周围通过聚集端粒酶或提高端粒酶活性而延长端粒.编码尖毛虫端粒小体蛋白的基因和RAP1的基因没有相似的序列. 该蛋白的结合需要单链的T4G4T4G4尾.同Rap1p不同的是,此蛋白仅限于同染色体的末端相结合,故称之为末端专一性DNA结合蛋白.此外,在爪蟾提取物中也检测到末端专一性结合活性.因此末端限制性结合蛋白可能是端粒染色质的一个普通特性. 在人中已经鉴定出两个端粒重复序列结合蛋白(telomeric repeat-binding factor,TRF).TRF1是一个60 ku的同源二聚体双链TTAGGG重复序列结合蛋白,包含一个Myb型的C端螺旋-转折-螺旋区和一个DNA结合折叠的同源区,N端是酸性疏水区[6].另一个端粒结合蛋白是TRF2,它与TRF1很相似,所不同的是其N端碱性很强[7].两种蛋白在体外都专一性地与双链TTAGGG重复序列结合,在体内则位于端粒.人的hTRF与Rap1p 没有同源性.长期过表达TRF1将导致端粒逐渐地和过程性地变短.该过程可能通过抑制端粒酶活性而实现.TRF2则可以防止染色体末端相互融合[2].最近,Kim等[8]在水稻中也鉴定出三个TTAGGG专一性结合蛋白复合物.这些复合物对双链DNA及富含胞嘧啶的单链序列无亲和性.其功能目前仍不清楚.2 端粒酶(telomerase) 端粒酶是一种自身携带模板的反转录酶,催化端粒DNA的合成,能够在缺少DNA模板的情况下延伸端粒寡核苷酸片段.其活性取决于它的RNA和蛋白质亚基[9].Prescott等发现酵母的端粒酶至少包含两个功能性相互作用的RNA分子,两者都可充当DNA聚合作用的模板,端粒酶至少包含两个活性位点.端粒酶除了具有反转录活性外,还具有核酸内切酶的活性[10].小腔游仆虫中有活性的端粒酶复合物的分子质量大约是230 ku,含有一个约66 ku的RNA亚基及两个123 ku和43 ku的蛋白质亚基,大亚基专一性地和端粒DNA底物结合.端粒酶的主要功能是维持染色体末端的端粒序列,从而抵消因细胞分裂而导致的端粒DNA的消耗.最近发现,端粒酶另外一个重要的功能就是合成串联重复的TTAGGG序列,为TRF2提供结合位点,防止染色体的末端融合[2]. 端粒酶的RNA亚基是合成端粒DNA的模板,对于端粒酶的结构和催化活性都十分重要.四膜虫端粒酶RNA有159个核苷酸,模板区为5′-CAACCCCAA-3′.人端粒酶RNA有455个核苷酸,模板区为5′-CUAACCCUAAC-3′.不同种类的纤毛虫,其端粒酶RNA长度在148~209之间变化,其中9~15个核苷酸具有种的专一性,与特定种类的端粒DNA序列互补.端粒酶RNA重要序列缺乏保守性,但都有保守的二级结构.这对于保持端粒酶的活性极为重要.端粒酶RNA的基因已经在纤毛虫、酵母、小鼠、人等生物中得到了克隆.将突变的RNA基因导入细胞后发现这些改变的序列在端粒DNA中出现,表明端粒酶的RNA决定了端粒DNA的序列.在酵母或乳酸菌中,缺失单拷贝的端粒酶RNA 基因会导致端粒缩短和细胞死亡.这些证据表明模板RNA对端粒酶的活性至关重要. Romero等和McCormick-Graham等推导出一个端粒酶RNA的二级结构模型:从5′到3′方向包含四个保守的双螺旋,双螺旋Ⅰ是最保守的区域,双螺旋Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ是茎环结构,这些保守的茎环通常是蛋白质结合区域.在双螺旋Ⅱ与Ⅲ之间存在模板序列,其上游的保守序列5′-(CU)GUCA-3′限制了模板区的5′边界.在双螺旋Ⅳ中有一个结构上保守的GA结,有助于蛋白质的识别与结合.最近研究表明,模板区的位置因物种而异.Autexier等[11]为了阐明端粒酶中RNA亚基的功能,将一系列缺失或替换一定数量碱基的RNA与野生型端粒酶蛋白质亚基进行酶的重构,研究了RNA特殊二级结构区域对端粒酶活性的影响. 当5′端和茎环Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ中的残基缺失或替换时,端粒酶的活性降至野生型的15%~35%.表明这些结构对端粒酶的活性很重要.缺失5′端大于11以上的残基时酶活性完全丧失.说明一些重要的序列或结构上的相互作用都发生在这一区域.有趣的是,影响端粒酶RNA潜在假结的突变、缺失整个茎环Ⅲ和替换茎环Ⅳ中的GA 结,并不明显影响酶的活性. 端粒酶的蛋白质成分不如RNA亚基研究得那样清楚.在过去几年里,端粒酶的催化亚基已经在酵母[12,13]、原生动物[12]和人[14]中分离出来.该蛋白质亚基的功能区与已知的反转录酶(reverse transcriptase, RT)在序列和功能上有明显的相似性,故称为端粒酶反转录酶(telomerase reverse transcriptase, TRT).酵母的Est1p是一个77 ku的多肽,专一性地与RNA亚基结合.缺失该基因,细胞会产生如同缺失端粒酶RNA亚基一样的表型. Weinrich等发现在端粒酶特殊的保守区和RT组分中,单个氨基酸的改变会降低或消除端粒酶的活性,直接证明hTRT是端粒酶的催化蛋白组分.在四膜虫中,发现两个端粒酶相关的蛋白质p80和p95.p80专一性地和端粒酶RNA结合,而p95则可和G链引物交联.在人和啮齿类动物中,已发现p80的同源物[15].从小腔游仆虫中纯化的端粒酶中发现另外两个蛋白质p123和p43,这两个蛋白质似乎与p80和p95没有相关性[12].p123包含有RT组分,是酵母Est2p的同源物[12].Est2p的RT组分对于体内、体外端粒DNA的合成是必需的.Est2p/p123在真核生物中很保守,在反转录酶的进化树上代表一个很早的分支[13].目前,仍然不清楚的是生物界里是否存在两类端粒酶,一类依赖于p80和p95;另一类依赖于p123/Est2p. 端粒酶的特殊性使端粒酶活性的测定在研究中显得尤为重要.早期的测定方法是通过测定细胞提取物将端粒重复片段加到一个合成的寡聚脱氧核苷酸引物3′端的能力进行的.但由于哺乳动物细胞端粒酶含量低,又有干扰现象,故难度较大.Kim等[16]建立了灵敏、快速、高效的端粒重复序列扩增法(TRAP),以后又在引物方面作了改进.此后人们又相继建立了荧光法、原位端粒重复片段扩增法及TRAP与闪烁技术联用的SPA法等敏感的检测手段,在医疗检测中得到了迅速的应用.3 端粒及端粒酶与衰老和癌变的关系3.1 端粒及端粒酶与衰老的关系 越来越多的证据表明端粒长度控制着衰老进程,端粒缩短是触发衰老的分子钟. 在大多数正常的人体细胞中并不能检测到端粒酶的活性,端粒随细胞分裂每次丢失50~200个碱基.Cooke等认为,这是由于正常的人体细胞中端粒酶未被活化,导致了端粒DNA缩短的缘故.保护性端粒酶的减少可能最终制约了细胞的增殖能力.当几千个碱基的端粒DNA丢失后,细胞就停止分裂而衰老.端粒及端粒酶涉及衰老最有力的证据是Bodnar等的工作.Bodnar等[17]将人的端粒酶基因导入正常的细胞中,使得端粒酶异常表达.活化的端粒酶导致端粒序列异常延长,细胞旺盛增殖,细胞寿命大大延长.这一结果首次为端粒钟学说提供了直接的证据.3.2 端粒酶活化与肿瘤 在正常的人体细胞中,端粒程序性地缩短限制了转化细胞的生长能力,这很可能是肿瘤形成的一个抑制机制.端粒酶的重新表达在细胞永生化及癌变过程中起着重要的作用.有人甚至认为表达端粒酶的正常细胞更易癌变.人们在代表不同肿瘤类型的大约1 000多个活检样品中发现大约85%的样品呈端粒酶阳性反应.相反,90%以上的邻近正常组织却是端粒酶阴性.从而将这个酶与永生化和肿瘤的形成密切联系在一起!端粒酶活性与肿瘤的这种特殊关系使之在诊断与治疗方面具有重要的应用价值[18,19].对端粒酶活性的抑制可能对某些类型的肿瘤来说是一个很有意义的治疗方法[20].3.3 衰老和肿瘤发生的分子机制 细胞衰老和癌变与端粒及端粒酶的关系可以表述如下:端粒的数量控制着细胞的增殖能力,是细胞内的分裂钟.端粒酶在生殖细胞系中维持端粒的长度,随着细胞的发育端粒酶活性受到抑制,端粒持续变短.当正常人体细胞的端粒缩短至一定程度时,启动阻止细胞分裂的信号,细胞开始衰老死亡,此即所谓的Hayflick界限(M1期).另外一些细胞由于癌基因、抑癌基因等的突变逃逸M1期,获得一定的额外增殖能力,进入第二死亡期(M2).此时端粒酶仍为阴性,端粒进一步缩短.大部分细胞达到极限而死亡,生存下来的细胞具有无限增殖的能力,端粒酶重新活化,成为永生细胞.在肿瘤形成过程中,端粒的延长是一个重要的甚至是一个必要的步骤! 既然端粒异常缩短后会触发细胞衰老和癌变,那么细胞一定有某种方式监测端粒的长度变化并用这些信息来调节端粒酶的活性,从而将这些重复序列加到染色体的末端.研究酿酒酵母时,发现端粒重复序列结合蛋白Rap1p负调节端粒的延长.最近van Steensel等[21]与Cooper等[22]分别在酵母和人中发现一个新的端粒重复序列结合蛋白,同样阻止端粒的延长.Cooper等[22]在粟酒裂殖酵母中克隆了Taz1p的基因,此蛋白质与端粒DNA的双链结合.值得注意的是,尽管粟酒裂殖酵母,酿酒酵母和人的端粒重复序列不同,Taz1p、Rap1p和TRF1这三个端粒序列结合蛋白却有相似的DNA结合区(类Myb型).在这个结合区以外,Taz1p与TRF1几乎没有同源性,与Rap1p就根本没有同源性.然而,taz1+基因的突变与Rap1p碳末端平头突变却有相似的表型,即端粒片段大大延长.这些新的工作表明端粒长度的调节机制是高度保守的. 细胞究竟是怎样调节端粒的长度的呢?van Steensel等[21]首次报道了人端粒结合蛋白(TRF1)的功能性研究,并提出端粒长度的调节机制.在端粒酶阳性的肿瘤细胞系HI1080中,长期过表达TRF1导致端粒逐渐的和持续性的缩短.相反,当TRF1负显性突变后,失去与端粒DNA结合的功能,最终诱导了端粒的延长.证明TRF1是端粒延长的一个抑制因子,负反馈调节端粒的长度.由于在可检测的水平上并不影响端粒酶的表达,因此,van Steensel等认为TRF1与端粒DNA结合后,顺式抑制端粒酶的活性,从而控制端粒的长度.根据这些结果,他们提出一个简单的端粒长度调节模型:与端粒重复片段结合的TRF1的数量可以调节端粒酶.野生型蛋白的加入,增加了端粒上TRF1的数量,从而为端粒酶提供了一个负信号.然而,通过负显性突变使TRF1功能缺失,却导致端粒酶的活化和端粒的延长.总之,这些研究表明,端粒重复序列的双链结合蛋白负调节端粒的延长.Shore[23]指出:细胞内可能存在一个感受染色体末端重复序列结合蛋白数量的机制,当这个数量超过一定的界限后,就产生一个信号阻止由端粒酶引起的端粒延长,或者,此信号可以活化缩短端粒重复片段的核苷降解或重组的过程.去除重复片段结合位点的不完全复制或降解事件,将消除对端粒酶的抑制.目前,人们还不清楚上述信号是如何产生与传导的.Ku等发现一些细胞周期抑制剂、DNA损伤因子、TopⅡ抑制剂均不能抑制端粒酶的活性,相反,一些蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)的抑制剂却能大大地降低端粒酶的活性.究其原因一方面可能因为PKC的失活使得活化端粒酶表达的效应分子不能活化,另一方面PKC可能在体内直接调节端粒酶的活性.c-myc是细胞增殖与凋亡的一个中心调节子,c-myc的表达严格依赖于分裂信号,被生长抑制信号或分化信号所抑制.Fujimoto等发现抑制c-myc的表达能够抑制端粒酶的活性,表明原癌基因c-myc对于端粒酶的调节是必需的.Mandal等发现在HeLa细胞中过表达Bcl-2导致端粒酶的活性增加5~10倍.Maxwell等的结果却表明端粒酶的活性不受P53的过量表达及凋亡的影响.这些证据表明端粒酶活性的调节是一个复杂的过程,它与细胞内一系列信号识别与传导有关系,其详细的调节机制还有待进一步的研究.3.4 端粒假说遇到的挑战 最近的研究表明,端粒酶的活化并非肿瘤细胞中的独特现象,许多正常增殖的细胞中也观察到了端粒酶的活化.Starling等、Kipling等及Broccoli等在小鼠中的研究结果表明,端粒缩短同衰老和肿瘤间并没有密切的联系.在正常人的口腔角化细胞的衰老过程中,也未观察到端粒的缩短.Blasco等[1]通过基因敲除使小鼠中的端粒酶RNA基因缺失,导致端粒酶的活性丧失.发现在快速增殖的器官中,细胞由于缺乏端粒酶而凋亡[3].但丧失端粒酶活性的细胞在培养中能够永生化、被病毒癌基因转化及在裸鼠中形成肿瘤.在某些肿瘤去分化的过程中端粒酶活性也未受到抑制.研究小鼠皮肤乳头状瘤的结果表明,端粒酶的活性与增殖率没有密切联系.总之,澄清这些例外的事实需要更加深入细致的研究,以期找到一个合理的解释. 总之,端粒和端粒酶在衰老和癌变中的作用使得人们对研究前景充满信心.对端粒和端粒酶深入细致的研究将有助于清楚地阐明衰老和肿瘤的机理,为在实践中抗衰老和治疗肿瘤提供新的理论基础.目前关于端粒及端粒酶的研究主要集中在以下几个方面:a.端粒酶的结构和功能.b.端粒酶的纯化和激活机制.c.寻找端粒酶的专一性抑制剂及其在抗癌中的应用.d.端粒的高级结构及结合蛋白的作用机理.这几个方面仍需进一步的探索.衰老和癌变无疑都是多因素作用的结果,但端粒和端粒酶很可能在其中扮演重要的角色.作者单位:清华大学生物科学与技术系,北京 100084参考文献1 Blasco M A, Lee H W, Hande M P, et al. 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