端粒的合成与调控
作者：董克家 张天锡 赵卫国
单位：
关键词：
中国临床神经科学/990125 摘要 端粒与细胞衰老和肿瘤发生密切相关。本文综述端粒合成的两种途径：端粒酶途径和重组途径，并说明两种途径均受端粒蛋白调控。提出端粒蛋白有望成为继端粒酶之后新的肿瘤诊断和治疗靶点。
端粒(telomere)是真核细胞染色体的生理性末端，由高含G的DNA序列和相应的蛋白组成。不同生物的端粒各异。人和其他脊椎动物的端粒序列为(5′-TTAGGG-3′)n。近年来的研究提示，在人类老化和肿瘤形成中，端粒长度的调节至为重要。端粒的奇异结构，也增加了人们的探索欲望。Blasco等(1997)报道：从变种小鼠中分离到一个与端粒DNA合成相关的基因。这类动物的表型对阐明哺乳类细胞端粒的作用——染色体的稳定性和癌肿形成是十分重要的。
, http://www.100md.com
端粒的维持需端粒酶(telomerase)的激活。端粒酶是一种核糖-核蛋白复合体，其中RNA和蛋白质是端粒DNA合成所必须的。它不同于经典的DNA聚合酶，而是专一的逆转录酶，能以自身的RNA为模板，逆转录合成DNA，以补偿细胞分裂时染色体末端缩短，解决“末端复制问题”。哺乳类动物在发育过程中自然发生端粒酶活性的丢失。人类体细胞大多在可检测水平上不表达端粒酶。因此，细胞分裂导致端粒缺失。与大多数体细胞不同的是，绝大多数人肿瘤细胞和许多变异细胞系表达端粒酶。由此提出一个假设：哺乳类动物的细胞复制潜力可以用端粒DNA量的多寡来测定之。故表达端粒酶的能力以及端粒DNA的保持将会是肿瘤发生中的一个关键步骤。因此，抗端粒酶策略可能对人类多种肿瘤有效，而对大多数正常细胞危害不大。
近年来，在端粒、端粒酶与肿瘤等研究中遇到两个基本问题，即：在端粒酶阳性的肿瘤细胞中，端粒酶是肿瘤细胞形成的原因还是结果；在端粒酶阴性的肿瘤细胞中，端粒又是怎样合成与维持；而这两个问题的中心点是端粒的形成。阐明这一机制，将不仅为端粒的分子生物学提供理论基础，亦为衰老和肿瘤治疗开拓新的靶点。目前的研究表明：端粒的合成存在两种途径，一种是端粒酶介导，另一种是重组介导，两者均受端粒蛋白的调控。
, 百拇医药
一、端粒酶途径
有许多文献综述这一途径[1，3]，基本反应式是：TTAGGGTTAGGG+2nTTP+1ndATP+3ndGTP→(CTTAGGG)n+6nPPi
反应过程包括：1.结合端粒酶引物；2.聚合；
3.转位；4.聚合。
这一途径在端粒酶转染实验以及端粒酶PCR实验中得到证实[5，6]。但是关于端粒酶RNA表达，端粒酶活性与肿瘤的关系仍不明确。Mrii等人在脑胶质瘤研究中发现[7]，端粒酶阳性胶质瘤细胞与阴性及正常脑细胞均表达端粒酶RNA，提示端粒酶RNA成份的存在并不表明端粒活性的有无或高低，也进一步说明：端粒酶翻译水平上的调控是关键。Cooper等研究人类端粒蛋白发现[2，4，8]，端粒蛋白表达受抑制后端粒长度显著增加，提示端粒蛋白参与了上述通路的负调控，同时说明，端粒蛋白不单纯是简单的结合蛋白，亦参与端粒的复制[10，12]。
, 百拇医药
二、重组介导途径[9～12]
由于部分肿瘤细胞属端粒酶阴性，端粒酶基因敲除(Knock out)后，端粒长度仍能维持，提示端粒合成存在非端粒酶机制。Wang等人研究端粒-端粒重组途径并获得新生端粒(TTAGGG)n，对于具有粘性末端特征的端粒样序列，亦存在于非染色体末端，这些部位顺序显然成为染色体断裂、融合、缺失、重组或扩增的热点(hot-spots)。端粒蛋白常与端粒和端粒样序列牢固地结合，当用高浓度盐溶液将所有的组蛋白从染色质上解析出来，而端粒仍然与端粒DNA结合着，说明端粒蛋白能防止染色体末端融合，且这一端粒蛋白与前述不同，为TRF2。
上述两种途径中，端粒酶途径对于维持长端粒起主要作用，重组途径主要是维持最低限度端粒长度，而端粒蛋白起着负调控作用。总结端粒、端粒酶、端粒蛋白关系如下：
, 百拇医药
参考文献
[1].Preston RJ.Telomeres,telomerase and chromosome stability.Radiat Res,1997,147:529.
[2].Cooper JP,Nimmo ER,Allshire RC, et al. Regulation of telomere length and function by a myb-domain protein in fission yeast.Nature,1997,385:744.
[3].Zakian VA.Telomeres:beginning to understand the end.Science,1995,270:1601.
[4].Raghruaman MK,Brewer BJ,Frangman WL.Cell cycle dependent establishment of a late replication program.Science,1997,276:806.
, 百拇医药
[5].Shay JW,Lichtsteiner S,Wright WE.Extension of life-span ty introduction of telomerase onto normal human cells.Science,1998,279:349.
[6].de Lange T,Telomeres and Senescience:Ending the Debate.Science,1998,279:334.
[7].Moriik,Tanaka R,Onda K, et al. Experssion of telomerase RNA,telomerse activity,and telomere length in human gliomas.Biochem Biophys Res Commun,1997,23:830.
[8].Buchkocich KJ,Greider CW.Telomerase regulation during entry onto the cell cycle in normal human T cells. Mol Biol Cell,1996,7:1443.
, 百拇医药
[9].Holt SE,Wright WE,Shay JW.Regulation of telomerase activity in immortal cell lines.Mol Cell Biol,1996,16:2932.
[10].Lin JJ,Zakian VA.The Saccharomyces CDC13 protein is a single strand TG1-3 telomeric DNA-binding protein in vitro that affects telomere behavior in invo.Proc Natl Acad Sci USA,1996,93(24):13760.
[11].Wang SS,Zakian VA.Telomere-telomere recombination provides an express pathway for telomere acquisition.Nature,1990,345:456.
[12].Makarv Vl,Hirose Y,Langmere JP.Long G tails at both ends of human chromosomes suggest a C strand degradation mechanism for telomere shorting.Cell,1997,88:657.
(1998年4月26日收稿 1998年8月11日修回), http://www.100md.com
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关键词：
中国临床神经科学/990125 摘要 端粒与细胞衰老和肿瘤发生密切相关。本文综述端粒合成的两种途径：端粒酶途径和重组途径，并说明两种途径均受端粒蛋白调控。提出端粒蛋白有望成为继端粒酶之后新的肿瘤诊断和治疗靶点。
端粒(telomere)是真核细胞染色体的生理性末端，由高含G的DNA序列和相应的蛋白组成。不同生物的端粒各异。人和其他脊椎动物的端粒序列为(5′-TTAGGG-3′)n。近年来的研究提示，在人类老化和肿瘤形成中，端粒长度的调节至为重要。端粒的奇异结构，也增加了人们的探索欲望。Blasco等(1997)报道：从变种小鼠中分离到一个与端粒DNA合成相关的基因。这类动物的表型对阐明哺乳类细胞端粒的作用——染色体的稳定性和癌肿形成是十分重要的。
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端粒的维持需端粒酶(telomerase)的激活。端粒酶是一种核糖-核蛋白复合体，其中RNA和蛋白质是端粒DNA合成所必须的。它不同于经典的DNA聚合酶，而是专一的逆转录酶，能以自身的RNA为模板，逆转录合成DNA，以补偿细胞分裂时染色体末端缩短，解决“末端复制问题”。哺乳类动物在发育过程中自然发生端粒酶活性的丢失。人类体细胞大多在可检测水平上不表达端粒酶。因此，细胞分裂导致端粒缺失。与大多数体细胞不同的是，绝大多数人肿瘤细胞和许多变异细胞系表达端粒酶。由此提出一个假设：哺乳类动物的细胞复制潜力可以用端粒DNA量的多寡来测定之。故表达端粒酶的能力以及端粒DNA的保持将会是肿瘤发生中的一个关键步骤。因此，抗端粒酶策略可能对人类多种肿瘤有效，而对大多数正常细胞危害不大。
近年来，在端粒、端粒酶与肿瘤等研究中遇到两个基本问题，即：在端粒酶阳性的肿瘤细胞中，端粒酶是肿瘤细胞形成的原因还是结果；在端粒酶阴性的肿瘤细胞中，端粒又是怎样合成与维持；而这两个问题的中心点是端粒的形成。阐明这一机制，将不仅为端粒的分子生物学提供理论基础，亦为衰老和肿瘤治疗开拓新的靶点。目前的研究表明：端粒的合成存在两种途径，一种是端粒酶介导，另一种是重组介导，两者均受端粒蛋白的调控。
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一、端粒酶途径
有许多文献综述这一途径[1，3]，基本反应式是：TTAGGGTTAGGG+2nTTP+1ndATP+3ndGTP→(CTTAGGG)n+6nPPi
反应过程包括：1.结合端粒酶引物；2.聚合；
3.转位；4.聚合。
这一途径在端粒酶转染实验以及端粒酶PCR实验中得到证实[5，6]。但是关于端粒酶RNA表达，端粒酶活性与肿瘤的关系仍不明确。Mrii等人在脑胶质瘤研究中发现[7]，端粒酶阳性胶质瘤细胞与阴性及正常脑细胞均表达端粒酶RNA，提示端粒酶RNA成份的存在并不表明端粒活性的有无或高低，也进一步说明：端粒酶翻译水平上的调控是关键。Cooper等研究人类端粒蛋白发现[2，4，8]，端粒蛋白表达受抑制后端粒长度显著增加，提示端粒蛋白参与了上述通路的负调控，同时说明，端粒蛋白不单纯是简单的结合蛋白，亦参与端粒的复制[10，12]。
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二、重组介导途径[9～12]
由于部分肿瘤细胞属端粒酶阴性，端粒酶基因敲除(Knock out)后，端粒长度仍能维持，提示端粒合成存在非端粒酶机制。Wang等人研究端粒-端粒重组途径并获得新生端粒(TTAGGG)n，对于具有粘性末端特征的端粒样序列，亦存在于非染色体末端，这些部位顺序显然成为染色体断裂、融合、缺失、重组或扩增的热点(hot-spots)。端粒蛋白常与端粒和端粒样序列牢固地结合，当用高浓度盐溶液将所有的组蛋白从染色质上解析出来，而端粒仍然与端粒DNA结合着，说明端粒蛋白能防止染色体末端融合，且这一端粒蛋白与前述不同，为TRF2。
上述两种途径中，端粒酶途径对于维持长端粒起主要作用，重组途径主要是维持最低限度端粒长度，而端粒蛋白起着负调控作用。总结端粒、端粒酶、端粒蛋白关系如下：
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参考文献
[1].Preston RJ.Telomeres,telomerase and chromosome stability.Radiat Res,1997,147:529.
[2].Cooper JP,Nimmo ER,Allshire RC, et al. Regulation of telomere length and function by a myb-domain protein in fission yeast.Nature,1997,385:744.
[3].Zakian VA.Telomeres:beginning to understand the end.Science,1995,270:1601.
[4].Raghruaman MK,Brewer BJ,Frangman WL.Cell cycle dependent establishment of a late replication program.Science,1997,276:806.
, 百拇医药
[5].Shay JW,Lichtsteiner S,Wright WE.Extension of life-span ty introduction of telomerase onto normal human cells.Science,1998,279:349.
[6].de Lange T,Telomeres and Senescience:Ending the Debate.Science,1998,279:334.
[7].Moriik,Tanaka R,Onda K, et al. Experssion of telomerase RNA,telomerse activity,and telomere length in human gliomas.Biochem Biophys Res Commun,1997,23:830.
[8].Buchkocich KJ,Greider CW.Telomerase regulation during entry onto the cell cycle in normal human T cells. Mol Biol Cell,1996,7:1443.
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[9].Holt SE,Wright WE,Shay JW.Regulation of telomerase activity in immortal cell lines.Mol Cell Biol,1996,16:2932.
[10].Lin JJ,Zakian VA.The Saccharomyces CDC13 protein is a single strand TG1-3 telomeric DNA-binding protein in vitro that affects telomere behavior in invo.Proc Natl Acad Sci USA,1996,93(24):13760.
[11].Wang SS,Zakian VA.Telomere-telomere recombination provides an express pathway for telomere acquisition.Nature,1990,345:456.
[12].Makarv Vl,Hirose Y,Langmere JP.Long G tails at both ends of human chromosomes suggest a C strand degradation mechanism for telomere shorting.Cell,1997,88:657.
(1998年4月26日收稿 1998年8月11日修回), http://www.100md.com