酶工程论文 之端粒酶

酶工程论文—端粒与端粒酶的研究进展

生物技术（2）班 111002058 王银忠

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.研究显示，端粒酶活性被激活，可维护端粒的长度，细胞将会延缓衰老，避免癌变。

关键字端粒端粒酶肿瘤癌症衰老染色体

一.端粒和端粒酶的概述

2009年，美国的三位科学家Elizabeth H·Blackburn、Carol W·Greider和Jack W·Szotak 发表了题为“端粒和端粒酶是如何保护染色体的”而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。也是从这一重大研究成果开始，端粒和端粒酶的研究为人类衰老和肿瘤带来了福音。

端粒是真核细胞染色体末端的帽子样的结构，它具有稳定染色体末端结构，防止染色体DNA降解和末端融合，保护染色体结构基因，调节正常细胞生长等作用。同种生物不同组织的细胞，甚至相同组织的不同细胞由于处于不同的生命时相，端粒的长度也不一样。由此可发现端粒的长度跟细胞的寿命、衰老与死亡有密切关系，所以端粒的长度被称为“生命时钟”。

端粒酶是一种以自身RNA为模板，将端粒DNA合成至染色体的核糖核蛋白复合物。端粒长度的维持需要端粒酶的激活，所以端粒酶在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。端粒酶的活性存在于人的生殖细胞、肿瘤细胞、永生化细胞系和再生性组织中，一般情况下酶的活性处于抑制状态，只有当端粒体受到损伤的时候，端粒酶才被激活。

由于端粒和端粒酶对肿瘤和癌症的发生有很大关系，所以近年来，端粒和端粒酶的研究也比较多，且主要是在妇产科学、基础医学、心血管疾病、泌尿科学、外科学等方面，其中端粒酶与肿瘤形成关系的研究占总文献比例最大。

二．端粒和端粒酶的结构

端粒是存在于染色体3＇末端的特殊部位，通常由一些简单重复的序列组成。不同种类的细胞端粒重复序列不同，大多长约5-8bp。人类的端粒序列由5 ＇-TTTAGGG-3 ＇组成，长约5—15bp。端粒和结合蛋白组成核蛋白复合物，进化上有高度的保守性。

端粒酶的核心成分是端粒酶RNA(TER)和端粒酶反转录酶(TERT)，其中TER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，而TERT仅在端粒酶阳性细胞中正常表达，其它组织细胞不表达或活性较低。TERT基因由三个结构域组成：N端、中心结构域和C端。N端与端粒酶活性、RNA结合、蛋白的聚集和端粒延伸有关，中心结构域含有端粒酶特有的一些基序，保守性较高，相反C端保守性较低。

三.端粒的功能

3.1端粒与衰老

端粒有长短，一般来说，端粒的长度是随年龄增加而越来越短的。端粒消失，会使染色体发生畸变，从而使人类细胞丧失复制能力，最终导致细胞衰老。端粒酶，则具有调控端粒长短的能力，其活性也随年龄大小而不同，年轻时，活性大，较容易延长端粒，这是年轻人不易显老的原因。此外，男性端粒长度缩短略快于女性，这也是男性平均寿命低于女性的原因。

研究认为，延缓衰老的方法主要是降低身体新陈代谢速率，如少吃少饮。新陈代谢率越高，细胞分裂次数就越多，端粒缩短越快，寿命也就越短。另外用药物刺激体内的干细胞，弥补衰老损耗的细胞，也能延长端粒长度，以至延缓老化，其中生长激素的抗衰老效果比较肯定，如用生长激素注射法可以调动干细胞f类似物来延长端粒。

3.2端粒与肿瘤

据实验研究证明，恶性肿瘤细胞中具有较高活性的端粒酶，它能维持癌细胞端粒的长度，使其无限制扩增。在众多肿瘤疾病中，端粒对妇科肿瘤的发生发展关系最为密切，其中包括宫颈癌、子宫内膜癌、卵巢癌、妊娠滋养细胞肿瘤等。Sakamoto等用PCR及TRAP法检测了妇科肿瘤组织中端粒酶的表达，发现肿瘤组织中端粒酶的表达显著高于正常组织。现已知在95%左右的妇科恶性肿瘤中，有60%左右的癌前病变或交界性肿瘤中存在端粒酶活性，而仅3.75 %的良性病变表达出了端粒酶活性。这些结果说明，端粒酶的活化普遍存在于妇科恶性肿瘤中，并且参与了肿瘤的早期发生，可以认为是肿瘤恶变或恶性肿瘤发生的征兆。

对于端粒酶活性引起的肿瘤发生，近年来也研究了一些抑制剂。以反义核苷酸抑制剂为代表的端粒酶抑制剂，能通过各自不同的作用机制抑制端粒酶的活性，从而最终致使肿瘤细胞的凋亡，以达到肿瘤治疗的作用。

四．端粒及端粒酶的检测方法

端粒及端粒酶与正常细胞生长调控及恶性肿瘤形成机制密切相关，于是端粒酶活性的检测对于肿瘤形成机制、诊断及预后评价就具有了重要意义。目前，端粒酶活性的检测方法主

要有以下几种：

端粒重复序列延伸法(Telomere extension assay)：它与DNA聚合酶分析方法相似，如：把核酸提取物、代表脊椎动物端粒重复序列的单链DNA前体(TYAGGG)和放射标记的磷酸脱氧核糖一起孵育，然后通过放射自显影检测凝胶上新添加的DNA重复序列。

端粒重复序列扩增法(TRAP)及其改良方法：在TRAP法中，端粒酶反转录出一段DNA片段，经过PCR扩增出大量的含不同重复数目的TFAGGG片段，进行放射自显影或不加同位素，直接电泳。在电泳图谱中显示出等距离的相差6bp的梯形图谱。每104个细胞中只有1个永生化细胞，TRAP就能检测到端粒酶活性。对该法进行改进，在端粒延伸与PCR扩增时，把CX引物作为生物素标记引物(Bio—CX)，扩增后加亲合素标记的荧光微球，最后直接用液闪仪计数。五．展望

端粒和端粒酶的发现和研究，对人类疾病的研究作出了重要贡献。研究显示，端粒酶活性被激活，可维护端粒的长度，细胞将会延缓衰老，避免癌变。此外，端粒酶的发现还在理论上丰富和发展了分子肿瘤学，据研究显示 90％的人体肿瘤与端粒酶相关，若我们通过端粒酶活性的检测，提前预知肿瘤的生长，从而提前预防和治疗，或者若我们能使癌细胞中的端粒酶再度“休眠”，恶性肿瘤就会停止生长。由此可见，端粒酶的发现，使人们看到了充满希望的抗老之路，同时也看到了治愈癌症的希望。但是到目前为止，这一领域仍然存在着很多需要解决的难题，相信随着研究的不断深入，端粒与端粒酶研究的成果将对衰老、癌症、遗传病等的治疗开辟全新的领域。

参考文献

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