端粒

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英文名 Telomeres 端粒是線狀染色體末端的DNA重複序列 端粒是線狀染色體末端的一種特殊結構在正常人體細胞中可隨著細胞分裂而逐漸縮短把端粒當作一件絨線衫袖口脫落的線段絨線衫像是結構嚴密的DNA排在線上的DNA決定人體性狀它們決定人頭髮的直與曲眼睛的藍與黑人的高與矮等等甚至性格的暴躁和溫和

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目 錄1定義

2概述

3功能

4組成

5發現之旅

6研究應用

7相關遺傳

1定義端粒是線狀染色體末端的DNA重複序列是真核染色體兩臂末端由特定 端粒[1]

的DNA重複序列構成的結構使正常染色體端部間不發生融合保證每條染色體的完整性

2概述端粒是短的多重複的非轉錄序列TTAGGG及一些結合蛋白組成特殊結構除了提供非轉錄DNA的緩衝物外它還能保護染色體末端免於融合和退化在染色體定位複製保護和控制細胞生長壽命方面具有重要作用並與細胞凋亡細胞轉化和永生化密切相關當細胞分裂一次每條染色體的端粒就會逐次變短一些構成端粒的一部分基因約50~200個核苷酸會因多次細胞分裂而不能達到完全複製丟失以至細胞終止其功能不再分裂因此嚴重縮短的端粒是細胞老化的信號在某些需要無限複製循環的細胞中端粒的長度在每次細胞分裂后被能合成端粒的特殊性DNA聚合酶-端粒酶所保留

3功能穩定染色體末端結構防止染色體間末端連接並可補償滯后鏈5'末端在消除RNA引物后造成的空缺

組織培養的細胞證明端粒在決定動植物細胞的壽命中起著重要作用經過多代培養的老化細胞端粒變短染色體也變得不穩定

細胞分裂次數越多其端粒磨損越多壽命越短 通常情況下運動加速細胞的分裂運動量越大細胞分裂次數越多因此壽命越短所以體育運動一定要適可而止

4組成端粒DNA是由簡單的DNA高度重複序列組成的染色體末端沿著5'到3' 方向的鏈富含 GT在酵母和人體中端粒序列分別為C1-3A/TG1-3和TTAGGG/CCCTAA並有許多 端粒酶作用的模式

蛋白與端粒DNA結合端粒DNA主要功能有第一保護染色體不被核酸酶降解第二防止染色體相互融合第三為端粒酶提供底物解決DNA複製的末端隱縮保證染色體的完全複製端粒著絲粒和複製原點是染色體保持完整和穩定的三大要素同時端粒又是基因調控的特殊位點, 常可抑制位於端粒附近基因的轉錄活性稱為端粒的位置效應TPE在大多真核生物中端粒的延長是由端粒酶催化的另外重組機制也介導端粒的延長

在人類的端粒里大概會有[2]

5'...TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG..3' 3'...AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC..5'

5發現之旅科學家們在尋找導致細胞死亡的基因時發現了一種叫端粒的存在於染色體頂端的物質端粒本身沒有任何密碼功能它就像一頂高帽子置於染色體頭上在新細胞中細胞每分裂一次染色體頂端的端粒就縮短一次當端粒不能再縮短時細胞就無法繼續分裂了這時候細胞也就到了普遍認為的分裂100次的極限並開始死亡因此端粒被科學家們視為生命時鐘

科學家由此又開始研究XX和癌細胞內的染色體端粒是如何長時間不被縮短的原因1984年分子生物學家在對單細胞生物進行研究后 染色體端粒顯微鏡

發現了一種能維持端粒長度的端粒酶並揭示了它在人體內的奇特作用除了人類XX細胞和部分體細胞外端粒酶幾乎對其他所有細胞不起作用但它卻能維持癌細胞端粒的長度使其無限制擴增

早在30年代繆勒(Muller)和麥克林托克(Meclintock)等就已發現了端粒結構的存在1978年四膜蟲的端粒結構首先被測定1990年起凱文哈里(Calvin Harley)就把端粒與人體衰老掛上了鉤第一細胞愈老其端粒長度愈短細胞愈年輕端粒愈長端粒與細胞老化有關係衰老細胞中的一些端粒丟失了大部分端粒重複序列當細胞端粒的功能受損時就出現衰老而當端粒縮短至關鍵長度后衰老加速臨近死亡第二正常細胞端粒較短細胞分裂會使端粒變短分裂一次縮短一點就像磨損鐵桿一樣如果磨損得只剩下一個殘根時細胞就接近衰老細胞分裂一次其端粒的DNA丟失約30~200bp(鹼基對)第三研究發現細胞中存在一種酶它合成端粒端粒的複製不能由經典的DNA聚合酶催化進行而是由一種特殊的逆轉錄酶端粒酶完成正常人體細胞中檢測不到端粒酶一些良XX變細胞體外培養的成纖維細胞中也測不到端粒酶活性但在XX細胞XX 端粒的位置

卵巢胎盤胎兒細胞中此酶為陽性令人注目的發現是惡性腫瘤細胞具有高活性的端粒酶端粒酶陽性的腫瘤有卯艇癌淋巴瘤急性白血病乳腺癌結腸癌肺癌等等人類腫瘤中廣泛地存在著較高的端粒酶耥端撾酶作為腫瘤治療靶點是當前較受關注的熱點之一

其他與壽命有關的基因也在被不斷地發現它們的工作原理與端粒相似科學家們不但希望能找到人體內所有的生命時鐘更希望找到撥慢時鐘的方法目前很多植物的端粒酶已被提取出許多國家的研究組正在從事相關課題的研究有觀點聲稱即使可保護端粒在分裂中不被降解的藥物被發明其對於生命常青的意義也有待商榷應為當一個老年人被植入年輕的端粒后其身體是否能接受還是一個問題

憑借發現端粒和端粒酶是如何保護染色體的這一成果揭開了人類衰老和罹患癌症等嚴重疾病的奧秘的三位美國科學家美國加利福尼亞舊金山大學的伊麗莎白·布萊克本(Elizabeth Blackburn)美國巴爾的摩約翰·霍普金斯醫學院的卡羅爾·格雷德(Carol Greider)美國哈佛醫學院的傑克·紹斯塔克(Jack Szostak) 獲得2009年的諾貝爾生理學或醫學獎

6研究應用端粒長度的維持是細胞持續分裂的前提條件[3]在旺盛分裂或需要保持分裂潛能的細胞如XX細胞幹細胞和大多數癌細胞中端粒酶Telomerase被激活它在端粒末端添加端粒序列保證這些細胞中端粒長度的穩定維持細胞的分裂能力細胞中有端粒酶的存在並不能保證端粒的延伸因為端粒DNA的四個TTAGGG重複序列可以形成一種四鏈的G-四鏈體結構該結構非常穩定會阻止端粒DNA與端粒酶的相互作用中科院動物所譚錚領導的端粒與衰老研究組研究發現了一種hnRNP A2*蛋白它可以與端粒DNA和端粒酶發生作用主動打開端粒G-四鏈體結構將端粒3端的5個鹼基暴露出來促進它和端粒酶的RNA模板配對從而增強端粒酶的催化活性和進行性在器官組織中hnRNP A2*的表達水平與端粒酶活性呈正相關在細胞內hnRNP A2*蛋白伴隨著端粒酶共定位於卡佳爾體和端粒在細胞中認為表達hnRNP A2*可以使端粒延長降低表達則使端粒縮短這些特徵說明hnRNP A2*決定了端粒DNA是否可以得到延長因此它在調控端粒長度平衡維持細胞的分裂能力中起著重要作用該研究成果在PNAS發表為遺傳疾病研究提供了重要理論依據

7相關遺傳病在染色體亞端粒區存在高度同源性序列在減數分裂過程中發生異常同源重組而導致該區域發生微小的缺失重複或染色體相互易位稱為染色體亞端粒區重組異常該疾病患者主要表現為不同程度的智力低下伴有生長發育遲緩和各器官系統的畸形目前研究發現由此機制導致的智力低下約占智力低下患者的三體綜合征

圖片說明端粒就像DNA的帽子保護DNA重要信息不丟失(圖片來源ALFRED PASIEKA/ SCIENCE PHOTO LIBRARY)

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參考資料 1. 端粒、端粒酶的生物學及臨床意義 .

2. 人類端粒的組成 .

3. 動物所發現促進端粒延伸的新蛋白 .中國科學院 .2012-12-21 [引用日期2013-01-1] .

相關文獻端粒酶抗衰老的困惑-自然與科技-2011年 第3期

端粒蛋白TRF1與肌動蛋白結合蛋白PFN2相互作用的鑒定-生物技術通訊-2011年 第3期 (22)

端粒酶活性及其與男性XX的關係-山東醫學高等專科學校學報-2011年 第2期 (33)

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分子生物學生物化學染色體醫學基因名詞解釋科學自然科學遺傳學

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1定義2概述3功能4組成5發現之旅6研究應用7相關遺傳病

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1定義端粒是線狀染色體末端的DNA重複序列是真核染色體兩臂末端由特定 端粒[1]

的DNA重複序列構成的結構使正常染色體端部間不發生融合保證每條染色體的完整性

2概述端粒是短的多重複的非轉錄序列TTAGGG及一些結合蛋白組成特殊結構除了提供非轉錄DNA的緩衝物外它還能保護染色體末端免於融合和退化在染色體定位複製保護和控制細胞生長及壽命方面具有重要作用並與細胞凋亡細胞轉化和永生化密切相關當細胞分裂一次每條染色體的端粒就會逐次變短一些構成端粒的一部分基因約50~200個核苷酸會因多次細胞分裂而不能達到完全複製丟失以至細胞終止其功能不再分裂因此嚴重縮短的端粒是細胞老化的信號在某些需要無限複製循環的細胞中端粒的長度在每次細胞分裂后被能合成端粒的特殊性DNA聚合酶-端粒酶所保留

3功能穩定染色體末端結構防止染色體間末端連接並可補償滯后鏈5'末端在消除RNA引物后造成的空缺

組織培養的細胞證明端粒在決定動植物細胞的壽命中起著重要作用經過多代培養的老化細胞端粒變短染色體也變得不穩定

細胞分裂次數越多其端粒磨損越多壽命越短 通常情況下運動加速細胞的分裂運動量越大細胞分裂次數越多因此壽命越短所以體育運動一定要適可而止

4組成端粒DNA是由簡單的DNA高度重複序列組成的染色體末端沿著5'到3' 方向的鏈富含 GT在酵母和人體中端粒序列分別為C1-3A/TG1-3和TTAGGG/CCCTAA並有許多 端粒酶作用的模式

蛋白與端粒DNA結合端粒DNA主要功能有第一保護染色體不被核酸酶降解第二防止染色體相互融合第三為端粒酶提供底物解決DNA複製的末端隱縮保證染色體的完全複製端粒著絲粒和複製原點是染色體保持完整和穩定的三大要素同時端粒又是基因調控的特殊位點, 常可抑制位於端粒附近基因的轉錄活性稱為端粒的位置效應TPE在大多真核生物中端粒的延長是由端粒酶催化的另外重組機制也介導端粒的延長

在人類的端粒里大概會有[2]

5'...TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG..3' 3'...AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC..5'

5發現之旅科學家們在尋找導致細胞死亡的基因時發現了一種叫端粒的存在於染色體頂端的物質端粒本身沒有任何密碼功能它就像一頂高帽子置於染色體頭上在新細胞中細胞每分裂一次染色體頂端的端粒就縮短一次當端粒不能再縮短時細胞就無法繼續分裂了這時候細胞也就到了普遍認為的分裂100次的極限並開始死亡因此端粒被科學家們視為生命時鐘

科學家由此又開始研究XX和癌細胞內的染色體端粒是如何長時間不被縮短的原因1984年分子生物學家在對單細胞生物進行研究后 染色體端粒顯微鏡圖

發現了一種能維持端粒長度的端粒酶並揭示了它在人體內的奇特作用除了人類XX細胞和部分體細胞外端粒酶幾乎對其他所有細胞不起作用但它卻能維持癌細胞端粒的長度使其無限制擴增

早在30年代繆勒(Muller)和麥克林托克(Meclintock)等就已發現了端粒結構的存在1978年四膜蟲的端粒結構首先被測定1990年起凱文哈里(Calvin Harley)就把端粒與人體衰老掛上了鉤第一細胞愈老其端粒長度愈短細胞愈年輕端粒愈長端粒與細胞老化有關係衰老細胞中的一些端粒丟失了大部分端粒重複序列當細胞端粒的功能受損時就出現衰老而當端粒縮短至關鍵長度后衰老加速臨近死亡第二正常細胞端粒較短細胞分裂會使端粒變短分裂一次縮短一點就像磨損鐵桿一樣如果磨損得只剩下一個殘根時細胞就接近衰老細胞分裂一次其端粒的DNA丟失約30~200bp(鹼基對)第三研究發現細胞中存在一種酶它合成端粒端粒的複製不能由經典的DNA聚合酶催化進行而是由一種特殊的逆轉錄酶端粒酶完成正常人體細胞中檢測不到端粒酶一些良XX變細胞體外培養的成纖維細胞中也測不到端粒酶活性但在XX細胞XX 端粒的位置

卵巢胎盤及胎兒細胞中此酶為陽性令人注目的發現是惡性腫瘤細胞具有高活性的端粒酶端粒酶陽性的腫瘤有卯艇癌淋巴瘤急性白血病乳腺癌結腸癌肺癌等等人類腫瘤中廣泛地存在著較高的端粒酶耥端撾酶作為腫瘤治療的靶點是當前較受關注的熱點之一

其他與壽命有關的基因也在被不斷地發現它們的工作原理與端粒相似科學家們不但希望能找到人體內所有的生命時鐘更希望找到撥慢時鐘的方法目前很多植物的端粒酶已被提取出許多國家的研究組正在從事相關課題的研究有觀點聲稱即使可保護端粒在分裂中不被降解的藥物被發明其對於生命常青的意義也有待商榷應為當一個老年人被植入年輕的端粒后其身體是否能接受還是一個問題

憑借發現端粒和端粒酶是如何保護染色體的這一成果揭開了人類衰老和罹患癌症等嚴重疾病的奧秘的三位美國科學家美國加利福尼亞舊金山大學的伊麗莎白·布萊克本(Elizabeth Blackburn)美國巴爾的摩約翰·霍普金斯醫學院的卡羅爾·格雷德(Carol Greider)美國哈佛醫學院的傑克·紹斯塔克(Jack Szostak) 獲得2009年的諾貝爾生理學或醫學獎

6研究應用端粒長度的維持是細胞持續分裂的前提條件[3]在旺盛分裂或需要保持分裂潛能的細胞如XX細胞幹細胞和大多數癌細胞中端粒酶Telomerase被激活它在端粒末端添加端粒序列保證這些細胞中端粒長度的穩定維持細胞的分裂能力細胞中有端粒酶的存在並不能保證端粒的延伸因為端粒DNA的四個TTAGGG重複序列可以形成一種四鏈的G-四鏈體結構該結構非常穩定會阻止端粒DNA與端粒酶的相互作用中科院動物所譚錚領導的端粒與衰老研究組研究發現了一種hnRNP A2*蛋白它可以與端粒DNA和端粒酶發生作用主動打開端粒G-四鏈體結構將端粒3端的5個鹼基暴露出來促進它和端粒酶的RNA模板配對從而增強端粒酶的催化活性和進行性在器官組織中hnRNP A2*的表達水平與端粒酶活性呈正相關在細胞內hnRNP A2*蛋白伴隨著端粒酶共定位於卡佳爾體和端粒在細胞中認為表達hnRNP A2*可以使端粒延長降低表達則使端粒縮短這些特徵說明hnRNP A2*決定了端粒DNA是否可以得到延長因此它在調控端粒長度平衡維持細胞的分裂能力中起著重要作用該研究成果在PNAS發表為遺傳疾病研究提供了重要理論依據

7相關遺傳病在染色體亞端粒區存在高度同源性序列在減數分裂過程中發生異常同源重組而導致該區域發生微小的缺失重複或染色體相互易位稱為染色體亞端粒區重組異常該疾病患者主要表現為不同程度的智力低下伴有生長發育遲緩和各器官系統的畸形目前研究發現由此機制導致的智力低下約占智力低下患者的三體綜合征

圖片說明端粒就像DNA的帽子保護DNA重要信息不丟失(圖片來源ALFRED PASIEKA/ SCIENCE PHOTO LIBRARY)


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