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端粒、端粒酶与肿瘤_药学专业毕业论文范文

发布时间:2014-11-15 来源:人大经济论坛
端粒、端粒酶与肿瘤_药学专业毕业论文范文 端粒(即染色体末端)的发现已有很长的,但对其结构、功能、合成及其重要意义的认识,近年来有了很大进展。本文就端粒、端粒酶的研究进展以及他们与肿瘤的关系综述如下。 一、端粒 (一)端粒的结构 端粒是位于染色体3′末端的一段富含G的DNA重复序列,端粒和端粒结合蛋白组成核蛋白复合物,广泛存在于真核生物细胞中,具有特殊的功能。不同种类细胞的端粒重复单位不同,大多数长5~8bp,由这些重复单位组成的端粒,突出于其互补链12~16个核苷酸内[1]。人类端粒由5′TTAGGG3′的重复单位构成,长度在5~15kb范围[1,2]。与端粒特异性结合的是端粒结合蛋白,迄今为止,只在少数生物中确定了端粒结合蛋白的结构及表达基因,然而端粒结构与功能的保守性表明,这些端粒结合蛋白的特性可能普遍适用于其他真核生物。Chong等[3]在人类细胞中发现了一种端粒结合蛋白,但人类染色体末端的DNA-蛋白复合体的结构还不清楚。 (二)端粒的功能 端粒高度的保守性表明,端粒具有非常重要的作用。其主要功能包括: 1.保护染色体末端:真核生物的端粒DNA-蛋白复合物,如帽子一般,保护染色体末端免于被化学修饰或被核酶降解,同时可能还有防止端粒酶对端粒进行进一步延伸的作用[1]。改变端粒酶的模板序列将导致端粒的改变,从而诱导细胞衰老和死亡[4]。 2.防止染色体复制时末端丢失:细胞分裂、染色体进行半保留复制时,存在染色体末端丢失的问题[5]。随着细胞的不断分裂,DNA丢失过多,将导致染色体断端彼此发生融合,形成双中心染色体、环状染色体或其他不稳定形式。端粒的存在可以起到缓冲保护的作用,从而防止染色体在复制过程中发生丢失或形成不稳定结构[1]。 3.决定细胞的寿命:染色体复制的上述特点决定了细胞分裂的次数是有限的,端粒的长度决定了细胞的寿命,故而被称为“生命的时钟”[6]。 4.固定染色体位置:染色体的末端位于细胞核边缘,人类端粒DNA和核基质中的蛋白相互作用,以′TTAGGG′结构附着于细胞核基质(包括nuclear envelope和internal protein)[3]。 (三)端粒的长度 端粒的长度在不同的细胞之间存在着差异。胚胎细胞和生殖细胞端粒的长度大于体细胞[7]。体外培养细胞端粒的长度随着细胞逐代相传而缩短,每复制一代即有50~200nt的DNA丢失,端粒丢失到一定程度即失去对染色体的保护作用,细胞随之发生衰老和死亡。所以,通过测定端粒的长度可以预测细胞的寿命[6]。人体细胞端粒的长度不一,存在着个体差异,随着年龄的增长,端粒每年减少约15~40 nt[7],最终细胞衰老。胚胎细胞和生殖细胞端粒的长度不随着细胞分裂次数的增加而缩短,具有无限分裂的能力,其原因就在于端粒酶的存在[7]。 二、端粒酶 (一)端粒酶的结构和功能 端粒酶是由端粒酶RNA和蛋白质组成的核糖核蛋白酶,通过识别并结合于富含G的端粒末端,以自身为模板,逆转录合成端粒[1]。 1995年,Junli等[8]克隆了人类端粒酶RNA基因,在长约450个碱基的人端粒酶RNA(hTR)序列中,有一段长11个核苷酸的区域(5′-CUAACCCUAAC-3′),与人端粒序列(TTAGGG)n互补,发生在该模板区域的hTR突变将导致端粒酶功能的改变。 端粒酶蛋白质成分的分离十分困难,直到1995年,Greider等[9]才纯化并克隆了四膜虫端粒酶的两个多肽成分,即p80和p95。1997年,人们克隆并描述了两种人类端粒酶蛋白TP 1(telomerase associated protein 1)[10]和TP 2(telomerase associated protein 2或hTRT)[1 1]。其中TP 1与四膜虫端粒酶蛋白p80同源,能与端粒酶RNA特异性结合;TP 2与啤酒酵母S.cerevisiae的端粒酶蛋白Est2p同源,和逆转录酶的结构相似,是端粒酶的催化亚单位,在肿瘤细胞端粒酶的激活中起关键作用[12]。 四膜虫端粒酶RNA及其两个多肽成分(p80, p95)是组成端粒酶的唯一必要成分,鉴于端粒酶在进化中的保守性,hTR和TP 1、TP 2是否构成了完整的人类端粒酶,目前尚无定论。 (二)端粒酶活性的调节 端粒酶的活性在不同的层次上受到各种因素的调节。 1.hTR: hTR是端粒酶的重要成分,在体外培养的HeLa细胞中转染反义端粒酶RNA,将导致端粒DNA的缩短和肿瘤细胞的死亡[8]。但许多研究表明,hTR的水平并不能代表端粒酶活性水平,缺乏端粒酶活性的细胞同样可以有hTR的表达。可见端粒酶RNA并不是调节端粒酶活性的唯一因素[13]。 2.端粒酶蛋白:TP 1或TP 2基因的突变,均可导致端粒酶的失活[10,11],TP 2基因在不同的细胞有不同的剪切位点,可能以此改变TP 2的生化特性,从而起重要的调节作用[14]。 3.癌基因与抑癌基因:癌基因和抑癌基因对肿瘤的发生、发展起着重要的作用。Wright等[15]根据体外培养细胞的永生化过程提出了肿瘤发生的M1/M2模型,即细胞经过有限次的分裂后进入M1期,细胞衰老走向死亡,抑癌基因p53或Rb的突变等使细胞逃脱生长控制的机理使细胞渡过M1期,再次经过若干次的分裂,进入M2期,少数细胞发生端粒酶的激活成为永生细胞,此时仍然需要p53或Rb的突变存在。有研究报道,使缺乏抑癌基因p53/Rb的肿瘤表达Rb蛋白(pRb),细胞停滞在G0/G1期并发生老化现象,抑制pRb后细胞重新开始合成DNA,但大多数细胞在分裂中死亡,p53无此现象[16]。另一项关于卵巢癌的研究提示,p53与端粒酶活性无关[17]。抑癌基因与端粒酶的关系并不明确。 4.细胞分化及细胞周期对端粒酶活性的影响:用物诱导的细胞分化实验表明,随着细胞分化,端粒酶活性随之降低,而抗分化的细胞则无影响[18],永生细胞株端粒酶的活性在各细胞周期中无显著变化,而与细胞的生长速度相关[19],使细胞脱离生长周期能否抑制端粒酶的活性,各报道不一[18,19]。然而,作出端粒酶活性与细胞周期无关的结论为时尚早,细胞的生长、分化与端粒酶活性调节间的关系,还有待于研究。 5.端粒的长度与端粒酶激活:当端粒缩短到一定程度后才有端粒酶的激活,其机理可能在于,缩短的端粒导致基因的不稳定,某些突变如激活端粒酶、丢失抑癌基因使细胞获得不死性,成为优势克隆。端粒的缩短成为端粒酶激活的前提[20]。但此理论不能解释某些肿瘤细胞中端粒较长的现象。 端粒酶活性的调节机理错综复杂、说法不一,胚胎早期端粒酶的活性随着胚胎的发育而逐渐消失(生殖细胞例外),而细胞获得不死性及肿瘤的发生,又与端粒酶的再次激活密切相关,其机理目前还不清楚。 三、端粒、端粒酶与肿瘤 (一)端粒、端粒酶与人类肿瘤的关系 正常细胞的分裂次数是有限的。端粒酶的激活是细胞走向永生化的必要途径,而永生化又被认为是肿瘤恶化的必要步骤。肿瘤细胞的端粒长度很短,其继续缩短将导致染色体融合、细胞死亡,而端粒酶的激活可以维持端粒的长度,从而维持肿瘤的继续分裂、增殖和生存[21]。端粒酶的表达,可能是肿瘤形成和发展的共同途径。 人类细胞端粒酶活性水平较低,以及很难获得大量的肿瘤标本,使得早期对人类端粒酶的研究受到了很大限制。1994年,Kim等[22]创立了测定端粒酶活性的telomere repeat amplification protocol(TRAP)法,用裂解缓冲液代替原低渗液,提高了细胞的裂解程度,并引入聚合酶链反应(PCR),使反应的灵敏性提高了104倍。至今已在大多数人类恶性肿瘤中测到了端粒 酶的活性。有些实验表明,端粒酶的活性与某些肿瘤的恶性程度和预后相关[17,21]。端粒酶在恶性肿瘤发展中的作用日益明晰
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