端粒端粒酶.pptx

端粒与端粒酶端粒与端粒酶Telomere and Telomerase端端 粒粒端粒端粒 是位于真核细胞线性染色体末端的是位于真核细胞线性染色体末端的特殊结构特殊结构,由一段重复串联的由一段重复串联的DNADNA序列与端序列与端粒结合蛋白构成；粒结合蛋白构成；端粒端粒具有稳定染色体具有稳定染色体,防止末端降解和融合防止末端降解和融合的功能；的功能；端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而变短年龄的增长而变短,端粒端粒DNADNA逐渐变短而消逐渐变短而消失失,可导可导 致染色体稳定性下降并导致衰老致染色体稳定性下降并导致衰老。端粒与端粒酶是当今生物学研究的热点。端粒与端粒酶是当今生物学研究的热点。端粒是位于真核细胞染色体末端的核酸蛋白端粒是位于真核细胞染色体末端的核酸蛋白复合体复合体,其功能在于维持染色体的稳定性和完整性。其功能在于维持染色体的稳定性和完整性。端粒酶是一种核酸核蛋白酶端粒酶是一种核酸核蛋白酶,能以自身的能以自身的RNA为模板合成端粒的重复序列为模板合成端粒的重复序列,以维持端粒长度的稳以维持端粒长度的稳定性。定性。许多研究表明许多研究表明,端粒、端粒酶的功能失调将影端粒、端粒酶的功能失调将影响细胞的生物学行为，包括细胞周期的稳定性、细响细胞的生物学行为，包括细胞周期的稳定性、细胞增殖、癌变、凋亡、衰老。胞增殖、癌变、凋亡、衰老。端粒的发现端粒的发现1938 MullerX-rayDrosophila 末端极少发生缺失和倒位末端极少发生缺失和倒位推测染色体两端存在特殊结推测染色体两端存在特殊结构，使染色体趋于稳定构，使染色体趋于稳定.并定名为并定名为Telomere1938 B.McClintock顶端缺失染色体易于融合，而正常染色体不易连接。顶端缺失染色体易于融合，而正常染色体不易连接。推测染色体末端具有特殊端粒结构。推测染色体末端具有特殊端粒结构。七十年代七十年代端粒分子组成确定端粒分子组成确定八十年代八十年代端粒酶的发现端粒酶的发现九十年代九十年代端粒酶与细胞衰老、癌症的关系端粒酶与细胞衰老、癌症的关系二零零九年二零零九年诺贝尔奖诺贝尔奖伊丽莎白伊丽莎白布兰克波恩、卡罗尔布兰克波恩、卡罗尔格雷德、格雷德、杰克杰克绍斯塔绍斯塔端粒的结构与功能端粒的结构与功能ChromosomeChromosomeDNADNAGene 1Gene 1Gene 2Gene 2TelomeresTelomeresTelomeresTTTTA AGGGGGG1.1.端粒的组成端粒的组成 端粒端粒DNADNA与端粒结合蛋白与端粒结合蛋白端粒端粒DNADNA 重复重复:端粒端粒DNADNA由高度重复短核苷酸序列组成。由高度重复短核苷酸序列组成。人：人：-TTAGGG-TTAGGG-重复序列重复序列 保守：保守：为不含功能基因的简单、高度重复序列为不含功能基因的简单、高度重复序列,在生物进化过程中具有高度保守性。在生物进化过程中具有高度保守性。不同物种的端粒不同物种的端粒DNA 序列存在差异序列存在差异。人类及其它脊椎动物染色体端粒的结构是5TTAGGG3的重复序列。体细胞的端粒有限长度（telomere restriction fragments TRFS）大多数明显短于生殖细胞，青年人的TRFs又显著长于年长者，提示TRFs随着细胞分裂或衰老，在不断变短，主要是由于DNA聚合酶不能完成复制成线性DNA末端所致。端端粒粒DNA由由两两条条互互相相配配对对的的DNA单单链链组组成成,其其双双链链部部分分通通过过与与端端粒粒结结合合蛋蛋白白质质TRF1和和TRF2结结合合共共同同组组成成t环环(tloops)。这这种种t环环特特殊殊结结构构可可维维持持染染色色体体末末端端的的稳稳定定,保保持持染染色色体体及及其其内内部部基基因因的的完完整整性性,从从而而使使遗遗传传物物质质得得以以完完整整复复制制。缺缺少少端端粒粒的的染染色色体体不不能稳定存在。能稳定存在。端端粒粒DNA与与结结构构蛋蛋白白形形成成的的复复合合物物如如同同染染色色体体的的一一顶顶“帽帽子子”，它它既既可可保保护护染染色色体体不不被被降降解解，又又避避免免了了端端粒粒对对端端融融合合（end-endfusion）以以及及染染色色体体的的丧丧失失，同同时时端端粒粒能能帮帮助助细细胞胞识识别别完完整整染染色色体体和和受受损损染染色色体体。在在生生理理情情况况下下，端端粒粒作作为为细细胞胞“分分裂裂时时钟钟”能缩短，最终导致细胞脱离细胞周期。能缩短，最终导致细胞脱离细胞周期。端粒端粒DNA的长度的长度：端粒端粒DNADNA的平均长度因物种而异。的平均长度因物种而异。端粒端粒DNADNA的长度总是波动变化，随遗传或营养状态而改变。的长度总是波动变化，随遗传或营养状态而改变。人体中，随细胞分裂，会缓慢缩短。人体中，随细胞分裂，会缓慢缩短。Telomere length端粒端粒DNA重复重复序列序列T四膜虫，四膜虫，酵母，酵母，植物，植物，蚕，蚕，人人 端粒结合蛋白端粒结合蛋白 与端粒与端粒DNADNA上的特异序列相结合的蛋白上的特异序列相结合的蛋白质称为端粒结合蛋白。质称为端粒结合蛋白。人端粒重复序列结合因子人端粒重复序列结合因子(Telomeric(Telomeric repeat factorrepeat factor，TRF)TRF)，包括，包括TRF1TRF1和和TRF2TRF2。TRF1TRF1通过负反馈机制抑制端粒增长，通过负反馈机制抑制端粒增长，稳定端粒长度，其并不抑制端粒酶稳定端粒长度，其并不抑制端粒酶(telomerase)(telomerase)的表达而是抑制它在端粒末的表达而是抑制它在端粒末端的行为端的行为 TRF1TRF1，是是一一个个60 60 kDkD的的蛋蛋白白，结结合合同同源源二二聚聚体体双双链链TTAGGGTTAGGG重重复复序序列列，包包含含一一个个C C端端螺螺旋旋-转转折折-螺螺旋旋区区和和一一个个DNADNA结合折叠同源区，结合折叠同源区，N N端是酸性区。端是酸性区。TRF2TRF2，与与TRF1TRF1相似，但相似，但N N端碱性强。可端碱性强。可以防止染色体末端相互融合。以防止染色体末端相互融合。两种蛋白在体外都专一与双链两种蛋白在体外都专一与双链TTAGGGTTAGGG重复序列结合，在体内则位于端粒。重复序列结合，在体内则位于端粒。人该环人该环DNA DNA 与与TRF1TRF1、TRF2TRF2结合，结合，TRF2TRF2参与参与T T环形成。环形成。“T T环环”保护保护3 3端对端对抗双链破坏的核酸酶作用。）抗双链破坏的核酸酶作用。）Telomere T-loop2.2.端粒的功能端粒的功能端粒酶的结构与功能端粒酶的结构与功能端粒酶端粒酶是一种是一种RNA-RNA-蛋白质复合物，蛋白质复合物，在在端端粒粒被被发发现现以以前前，人人们们就就推推测测生生殖殖细细胞胞之之所所以以能能世世代代相相传传，其其中中可可能能存存在在一一种种维维持持端端粒粒长长度度的的特特殊殊机机制制，体体细细胞胞可可能能正正是是由由于于缺缺乏乏这这种种机机制制，它它的的染染色色体体末末端端才才面面临临着着致致死死性性缺缺失失（deletion）的的危危险险。因因 此此 在在 正正 常常 人人 体体 细细 胞胞 间间 永永 生生 化化 细细 胞胞（immortalizedcells）及及肿肿瘤瘤细细胞胞的的转转化化过过程程中中可可能能也也存存在在着着与与生生殖殖细细胞胞类类似似的的机机制制。这这些些细细胞胞怎怎样样保保持持细细胞胞具具有有继继续续分分裂裂或或长长期期分分裂裂的的能能力力呢呢？科科学学家家们们发发现现端端粒粒确确实实随随着着每每次次分分裂裂而而缩缩短短，但但也也会会被被新新合合成成的的端端粒粒片片断断再再延延长长。科科学学家家们们怀怀疑疑，可可能能尚尚有有末末被被发发现现的的酶酶，该该酶酶具具有有标标准准的的DNA多多聚聚酶酶所所不不具具备备的的功功能能，能能使使已已缩缩短短的的端端粒粒延延长长，使使科科学学家家们们兴兴奋奋的的是是到到1984年年首首先先在在四四膜膜虫虫中中证证实实了了这这种种能能使使端粒延长的酶端粒延长的酶端粒酶的存在。端粒酶的存在。端粒酶的结构端粒酶的结构 端粒酶在结构上为一核糖核蛋白复合体端粒酶在结构上为一核糖核蛋白复合体,由由RNA RNA 和结合的蛋白质组成和结合的蛋白质组成,是是RNARNA依赖的依赖的DNA DNA 聚合酶。它是聚合酶。它是一种特殊的能合成端粒一种特殊的能合成端粒DNADNA的酶的酶,通过明显的模板依赖通过明显的模板依赖方式每次添加一个核苷酸。方式每次添加一个核苷酸。端粒酶实质上是一种特殊的逆转录酶端粒酶实质上是一种特殊的逆转录酶 端粒酶端粒酶RNA(hTR)RNA(hTR)端粒酶逆转录酶（端粒酶逆转录酶（TERTTERT）端粒酶结合蛋白端粒酶结合蛋白（TEP）1 1、端粒酶、端粒酶RNA(hTERT)RNA(hTERT)哺乳动物端粒酶哺乳动物端粒酶RNAs(hTR)RNAs(hTR)在许多组织的不同发育阶段在许多组织的不同发育阶段,甚至那些没有端粒酶活性的组织中广泛表达。甚至那些没有端粒酶活性的组织中广泛表达。体内端粒酶体内端粒酶RNARNA的存在对端粒酶功能至关重要，影响到的存在对端粒酶功能至关重要，影响到端粒酶端粒酶RNARNA的稳定性与突变的稳定性与突变,也可改变体内端粒长度，并可通也可改变体内端粒长度，并可通过改变端粒完整性或端粒结合因子的末端结合位点致细胞核过改变端粒完整性或端粒结合因子的末端结合位点致细胞核分裂后期细胞死亡分裂后期细胞死亡 。端粒酶端粒酶RNARNA转录模板转录模板 远端区远端区:参与和底物的结合。参与和底物的结合。近端区近端区:能添加特定的核苷酸能添加特定的核苷酸,对底物识别并不重要。对底物识别并不重要。模板边界区模板边界区:与端粒酶催化亚基与端粒酶催化亚基TERTTERT结合结合,也与端粒酶相关也与端粒酶相关因子因子Est1pEst1p和和Ku Ku 结合。结合。Telomerase RNAThe template regionMain TERT-bindingregionTemplate boundaryelement(TBE)TRE,Templaterecognition elementLow affinity TERTbinding sitesAnnu.Rev.Biochem2006,75:493-5172 2、端粒酶逆转录酶、端粒酶逆转录酶(Telomerase reverse(Telomerase reverse transcriptase,TERT)transcriptase,TERT)几乎所有存在端粒酶的机体均含有一单独的几乎所有存在端粒酶的机体均含有一单独的TERT TERT 基因基因,哺乳动物哺乳动物TERT TERT 的转录由许多转录因的转录由许多转录因子、激素和细胞外信号严格控制子、激素和细胞外信号严格控制。不同的转录因不同的转录因子调节子调节hTERThTERT在不同的细胞内含物中的表达。癌基在不同的细胞内含物中的表达。癌基因因c-mycc-myc是一个受特殊信号调节的可诱导癌基因是一个受特殊信号调节的可诱导癌基因,并可与并可与H HRasRas、N NRasRas、多瘤病毒多瘤病毒MTMT、LT LT 等癌基等癌基因协同作用因协同作用,促进细胞无限增殖促进细胞无限增殖,获得永生化并获得永生化并发生癌变。发生癌变。人端粒酶逆转录酶人端粒酶逆转录酶（human Telomerase Reverse Transcriptase(TERT),）TERT gene:3396bp,protein:1131 氨基酸残基Crystal Structure of the Essential N-terminalof the telomerase reverse transcriptase(TEN)C-terminal domain of TERTNature structureal&molecular biology 2006,13:218-225 c-myc c-myc 与与hTERThTERT Fujimoto Fujimoto等用等用c-myc c-myc 反义寡核甘酸转染白血病反义寡核甘酸转染白血病细胞细胞后后,这些细胞这些细胞中中端粒酶活性均能被下调端粒酶活性均能被下调,而而c-c-myc myc 正义寡核甘酸无此作用。正义寡核甘酸无此作用。WangWang等研究发现等研究发现c-mycc-myc在正常人乳腺上皮细胞和在正常人乳腺上皮细胞和二二倍体成纤维细胞中诱导端粒酶活性倍体成纤维细胞中诱导端粒酶活性,并能延长并能延长这些这些细胞细胞的寿命。因此认为的寿命。因此认为癌基因癌基因c-mycc-myc为一重要的端粒为一重要的端粒酶激活剂酶激活剂。存在于存在于hTERThTERT核心启动子中有两个重要的核心启动子中有两个重要的c-myc c-myc 结合位点结合位点(CACGTG,(CACGTG,亦被称为亦被称为E E 盒盒)。c-myc c-myc 诱导的诱导的hTERT hTERT 表达起始速度快表达起始速度快,不受细胞增殖或额外的蛋白不受细胞增殖或额外的蛋白合成的影响合成的影响,与与c-myc c-myc 引起的直接的转录激活一致。引起的直接的转录激活一致。但癌基因但癌基因c-myc c-myc 不是唯一与不是唯一与hTERThTERT基因调节有关的转基因调节有关的转录因子。录因子。近期研究表明近期研究表明,Sp1,Sp1 协同协同c-myc c-myc 激活激活hTERThTERT的转录的转录,可能还有其他因子可能还有其他因子,如如Bcl-2 Bcl-2 抗凋亡基因、抗凋亡基因、E6HPV16 E6HPV16 型型蛋白蛋白，以及经过以及经过一些一些蛋白激酶的磷酸化使蛋白激酶的磷酸化使hTERT hTERT 上调。上调。但在诸多不同类型的瘤细胞中但在诸多不同类型的瘤细胞中,致致hTERThTERT上调的基本激活上调的基本激活剂是剂是c-mycc-myc。TERTTERT内的内的N-N-残基对多种功能是重要的残基对多种功能是重要的,包括与端粒包括与端粒酶酶RNARNA结合、端粒酶结合、端粒酶RNA RNA 装配和催化作用、与装配和催化作用、与p53 p53 的相的相互作用和细胞永生化。互作用和细胞永生化。TERTTERT的的C-C-残基也在人类原始纤维母细胞的永生化、残基也在人类原始纤维母细胞的永生化、端粒组装的竞争、核仁内定位、引物结合和渐进性延长端粒组装的竞争、核仁内定位、引物结合和渐进性延长等方面起重要作用。等方面起重要作用。3、端粒酶相关蛋白、端粒酶相关蛋白(TEP)端粒酶相关蛋白端粒酶相关蛋白-1(TEP1)-1(TEP1)是一多功能的是一多功能的RNA RNA 结合蛋白，结合蛋白，TEP1 TEP1 缺失导致缺失导致rRNA rRNA 水平的显著降低以及水平的显著降低以及TEP1 TEP1 和和rRNA rRNA 的丢失的丢失,但不导致端粒酶活性或端粒长度的紊乱。但不导致端粒酶活性或端粒长度的紊乱。生存动力神经细胞基因生存动力神经细胞基因(SMN)(SMN)产物产物热休克蛋白（热休克蛋白（hsphsp）90 90、其他涉及到其他涉及到TERTTERT转录后修饰的转录后修饰的蛋白包括磷酸酶蛋白包括磷酸酶-A-A、Akt Akt、cAbl cAbl、p53 p53 和和PARPPARP。PinX1 PinX1 与人与人TERTTERT体外共表达时抑制人端粒酶活性。体外共表达时抑制人端粒酶活性。芽殖酵母蛋白芽殖酵母蛋白Est1p Est1p 和和Est3p Est3p 这两个蛋白与体内端这两个蛋白与体内端粒酶的功能有关。粒酶的功能有关。Est1p Est1p 足以使端粒延长。但是足以使端粒延长。但是,在无在无Est1pEst1p存在的情况下存在的情况下Est2p-Cdc13pDBD融合也足以维持融合也足以维持端粒长度。端粒长度。人端粒酶人端粒酶RNA(human Telomerase RNA(hTR or TERC).hTR:451 nt,Telomerase is composed of both RNA and proteinTelomeraseTelomerase is aspecializedreversetranscriptase,contains bothRNA andProteinScience 1997,276:561-567端粒酶端粒酶RNA(hTR)RNA(hTR)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶（TERTTERT）端粒酶结合蛋白端粒酶结合蛋白（TEP）端粒酶端粒酶RNARNA是第一个被克隆的端粒酶是第一个被克隆的端粒酶组分。组分。端粒酶端粒酶RNARNA含有与同源端粒含有与同源端粒DNADNA序列序列TTAGGGTTAGGG的互补序列的互补序列,核糖核酸酶核糖核酸酶H H切割此模板区切割此模板区,能使体外消除端粒酶能使体外消除端粒酶延长端粒的功能。延长端粒的功能。人类人类TERTTERT（hTERThTERT）基因为一单拷贝基因）基因为一单拷贝基因,定位于定位于5p15.33,5p15.33,具有具有7 7个保守序列结构域单元和端粒酶特异性结构域单元个保守序列结构域单元和端粒酶特异性结构域单元T T。破坏破坏TERT TERT 将消除端粒酶活性并致端粒缩短。将消除端粒酶活性并致端粒缩短。TEP1TEP1、生存动力神经细胞基因生存动力神经细胞基因(SMN)(SMN)产物产物、hsp90hsp90 、PinX1PinX1、Est1p Est1p 和和Est3pEst3p THE END REPLICATION PROBLEM TELOMERASEIf cells dont have telomerase,what happens with telomeres after many cells divisions?端粒酶延长端粒端粒酶延长端粒DNAInchworn modelTelomere T-loopTelomeresarepackagedintoauniquestructure-aT-loopGreen=Telomere-specificproteinsT-loopseenintheelectronmicroscopeTelomeresStructural elements of a eukaryotic chromosome(5)(TxGy)n (3)(AxCy)nThe TxGy strand in telomeres folds back upon itself,forming G quadruplexes.Metal ion(K+)binding is required to form a stable structure.TelomeresStructural elements of a eukaryotic chromosome(5)(TxGy)n (3)(A xCy)nJ.Mol Biol.(2002),320,911-924TelomeresJ.Mol Biol.(2002),320,911-924 端端粒粒酶酶活活性性的的测测定定 端端粒粒酶酶的的特特殊殊性性使使端端粒粒酶酶活活性性的的测测定定在在研研究究中中显显得得尤尤为为重重要要。基基本本测测定定方方法法是是通通过过测测定定细细胞胞提提取取物物将将端端粒粒重重复复片片段段加加到到一一个个合合成成的的寡聚脱氧核苷酸引物寡聚脱氧核苷酸引物33端的能力进行的。端的能力进行的。（1 1）TRAPTRAP法法模模拟拟端端粒粒结结构构设设计计单单链链DNADNA引引物物TSTS，端端粒粒酶酶催催化化加加上上6 6核核苷苷酸酸重重复复序序列列，然然后后用用重重复复序序列列互互补补引引物物CXCX对对合合成成产产物物PCRPCR扩扩增增，电电泳泳差差6ntDNA6ntDNA条条带带。早早期期方方法法，只只能能定定性。性。（2 2）TRAP-TRAP-同位素图谱同位素图谱 上上述述反反应应体体系系加加入入32P32P标标记记ATPATP，32P-TS32P-TS引引物物，PCRPCR扩增后电泳，放射自显影，扫描定量扩增后电泳，放射自显影，扫描定量。（3 3）TRAP-TRAP-非同位素图谱非同位素图谱组组织织裂裂解解液液稀稀释释，TRAPTRAP法法分分析析，溴溴乙乙锭锭染染色色根根据据6bp6bp梯梯形形条条带带在在高低浓度出现，半定量分析。高低浓度出现，半定量分析。（4 4）PCR-ELISAPCR-ELISA法法按按TRAPTRAP法法延延伸伸引引物物，PCRPCR扩扩增增，与与地地高高辛辛标标记记重重复复序序列列探探针针杂杂交交，杂杂交交产产物物通通过过生生物物素素标标记记引引物物固固定定于于抗抗生生物物素素包包被被微微孔孔板板上上，过过氧氧化化酶酶结结合合地地高高辛辛抗抗体体检检测测PCRPCR产产物物。产产生生有有色色产产物物，定量。定量。（5 5）PCR-PCR-荧光法荧光法用用荧荧光光标标记记引引物物TSTS和和CXCX，进进行行TRAPTRAP延延伸伸、PCRPCR、电电泳泳。荧荧光光分分析析定定量量。进进行行TRAPTRAP延延伸伸、PCRPCR，扩扩增增产产物物结结合合能能选选择择结结合合双双链链DNADNA的的超超敏敏荧荧光光染染料料，测测定定电电泳泳荧荧光光强强度度，分分析析产产生生DNADNA量量与与端端粒酶活性正比。半定量。粒酶活性正比。半定量。端粒及端粒酶端粒及端粒酶 与衰老的关系与衰老的关系 端端粒粒缩缩短短是是触触发发衰衰老老的的分分子子钟钟。大大多多数数正正常常体体细细胞胞中中不不能能检检测测到到端端粒粒酶酶的的活活性性。端端粒粒随随细细胞胞分分裂裂每每次次丢丢失失50-20050-200个个碱碱基基。CookeCooke等等认认为为，正正常常体体细细胞胞中中端端粒粒酶酶未未被被活活化化，导导致致端端粒粒DNADNA缩缩短短。可可能能最最终终制制约约细细胞胞增增殖殖能能力力。几几千千个个碱碱基基的的端端粒粒DNADNA丢丢失失后后，细细胞胞就就停停止止分分裂裂而而衰衰老老。最最有有力力的的证证据据是是BodnarBodnar等等的的工工作作。将将人人端端粒粒酶酶基基因因导导入入正正常常细细胞胞，使使端端粒粒酶酶异异常常表表达达。端端粒粒序序列异常延长，细胞旺盛增殖，寿命大大延长。列异常延长，细胞旺盛增殖，寿命大大延长。Telomere Length(humans)Number of Doublings2010Cellular(replicative)SenescenceNormal Somatic Cells(Telomerase Negative)Telomere also provide a means for counting cell division:telomeres shorten with each cycleTelomeres shorten from 10-15 kb(germ line)to 3-5 kb after 50-60 doublings(average lengths of TRFs)Cellular senescence is triggered whencells acquire one or a few critically short telomeres.端粒缩短可引发细胞老化的机制端粒缩短可引发细胞老化的机制可能有可能有3种情况种情况 端粒端粒DNA的缩短释放了端粒结合转录因子，的缩短释放了端粒结合转录因子，该因子进而激活衰老诱导基因或灭活细胞该因子进而激活衰老诱导基因或灭活细胞周期进行所必需的某些基因；周期进行所必需的某些基因；诱导诱导DNA损伤的反应，导致细胞周期受损伤的反应，导致细胞周期受阻；阻；端粒的缩短引起免疫功能下降，端粒的缩短引起免疫功能下降，Pommier”早在早在1997年就观察到，受年就观察到，受HIV感感染的高度免疫缺陷病人外周血单核细胞的染的高度免疫缺陷病人外周血单核细胞的端粒长度急剧缩短。端粒长度急剧缩短。大量的实验数据证明，端粒、端粒酶与衰老之间存大量的实验数据证明，端粒、端粒酶与衰老之间存在相关性。在相关性。在多数体细胞中，老年个体的端粒长度较年轻个体在多数体细胞中，老年个体的端粒长度较年轻个体短的多，某些细胞如短的多，某些细胞如T、B淋巴细胞中的端粒酶活性淋巴细胞中的端粒酶活性随年龄的增加而下降随年龄的增加而下降。年轻个体细胞中端粒酶活性随年龄的增长而下降年轻个体细胞中端粒酶活性随年龄的增长而下降。需要无限分裂能力的谱系细胞、干细胞的端粒长度需要无限分裂能力的谱系细胞、干细胞的端粒长度较长，且具有较高的端粒酶活性；而大多数具有有较长，且具有较高的端粒酶活性；而大多数具有有限增生能力的体细胞的端粒较短，不表达活性仅低限增生能力的体细胞的端粒较短，不表达活性仅低度表达端粒酶活性度表达端粒酶活性。增生能力强的细胞及永生细胞表达端粒酶活性，即增生能力强的细胞及永生细胞表达端粒酶活性，即使同一组织的不同部分，其分裂能力也与端粒酶的使同一组织的不同部分，其分裂能力也与端粒酶的活性呈正比。活性呈正比。端粒酶阴性的细胞在引入端粒酶后，可维持端粒的端粒酶阴性的细胞在引入端粒酶后，可维持端粒的长度，细胞增生能力加强，甚至细胞永生化长度，细胞增生能力加强，甚至细胞永生化 Telomere Length Declines035651,5003,0008,000Age(years)Telomere length Telomere length in base pairsin base pairs(human white(human white blood cells)blood cells)Telomerase activity is repressed in somatic cells of Telomerase activity is repressed in somatic cells of multicelluar organisms resulting in a gradual multicelluar organisms resulting in a gradual shortening of the chromosome with each cell shortening of the chromosome with each cell generation.As this shortening reaches informational generation.As this shortening reaches informational DNA,the cells senesce and die.DNA,the cells senesce and die.细胞分裂细胞分裂端粒阈值端粒阈值长短细胞分裂次数与端粒长短呈正比细胞分裂次数与端粒长短呈正比细胞分裂细胞分裂端粒阈值端粒阈值端粒长短端粒长短端粒酶活端粒酶活Harley(1989)端粒的重复片段为探针检测端粒的重复片段为探针检测胎儿细胞株胎儿细胞株婴儿细胞株婴儿细胞株青年细胞株青年细胞株老年细胞株老年细胞株年龄年龄小大端粒长度端粒长度早老性侏儒症的端粒明显较正常人短早老性侏儒症的端粒明显较正常人短“多莉多莉”的衰老的衰老研究端粒（记时器）丢失的速率研究端粒（记时器）丢失的速率/年，预测人类的寿命年，预测人类的寿命 XX XY why?XX XY why?PCDPCD机制、癌细胞的无限繁殖机制、癌细胞的无限繁殖Inmostsomatictissues,telomeraseisexpressedatverylowlevelsornotatall-ascellsdivide,telomeresshortenTelomeraseandSenescenceShorttelomeresmaybeasignalforcellstosenesce(stopdividing)在早老患者中有一个过早的端粒缩短，进而在早老患者中有一个过早的端粒缩短，进而缩短的端粒允许染色体融合，这些现象与年老患缩短的端粒允许染色体融合，这些现象与年老患者的细胞中或培养的老化细胞中染色体组型衰老者的细胞中或培养的老化细胞中染色体组型衰老异常的高发生率密切相关。既然端粒酶活性表达异常的高发生率密切相关。既然端粒酶活性表达能稳定端粒的长度，使端粒在细胞复制过程中不能稳定端粒的长度，使端粒在细胞复制过程中不会丢失，细胞衰老的进程也能被阻止，从而寿命会丢失，细胞衰老的进程也能被阻止，从而寿命延长延长这正是人们研究的端粒酶与抗衰老关系这正是人们研究的端粒酶与抗衰老关系的新热点。的新热点。端端粒粒酶酶延延长长端端粒粒长长度度以以减减慢慢细细胞胞衰衰老老最最早早的的证证据据来来自自BodnarBodnar等等的的研研究究，19981998年年其其在在ScienceScience上上刊刊文文报报道道：将将人人的的端端粒粒酶酶基基因因导导入入端端粒粒酶酶阴阴性性的的正正常常人人体体细细胞胞中中激激活活其其表表达达并并培培养养细细胞胞，然然后后与与未未导导入入该该基基因因的的细细胞胞比比较较，发发现现前前者者端端粒粒明明显显增增长长，细细胞胞分分裂裂旺旺盛盛，细细胞胞寿寿命命比比后后者者大大大大延延长长，更更令令人人关关注注的的是是细细胞胞并并无无肿肿瘤瘤样样改改变变。KudoKudo等等报报道道端端粒粒酶酶活活性性和和细细胞胞凋凋亡亡可可作作为为伴伴有或不伴有子宫内发育延迟的胎盘衰老的标志有或不伴有子宫内发育延迟的胎盘衰老的标志。MattsonMattson等亦认为在研究神经细胞分化和存活中等亦认为在研究神经细胞分化和存活中激活端粒酶与激活端粒酶与TERTTERT功能，能较好地避免神经细胞死功能，能较好地避免神经细胞死亡，还可以促进神经细胞在各种神经元退化性病变亡，还可以促进神经细胞在各种神经元退化性病变条件下的恢复。条件下的恢复。阿尔茨海默病（阿尔茨海默病（Alzheimers diseaseAlzheimers disease，ADAD）是）是一种常见于老年人的神经系统退化性疾病，其患者一种常见于老年人的神经系统退化性疾病，其患者的脑血管壁中可分离出致的脑血管壁中可分离出致ADAD神经元退行性病变的神经元退行性病变的-淀淀粉样蛋白。粉样蛋白。ZhuZhu等利用反义技术和端粒酶抑制剂引发胎鼠海等利用反义技术和端粒酶抑制剂引发胎鼠海马区神经细胞中马区神经细胞中TERTTERT的功能抑制，发现显著增加了的功能抑制，发现显著增加了由由-淀粉样蛋白肽引起的细胞凋亡；淀粉样蛋白肽引起的细胞凋亡；嗜铬细胞瘤细胞中嗜铬细胞瘤细胞中TERTTERT的过量表达会降低此种的过量表达会降低此种细胞凋亡。细胞凋亡。其原因是其原因是TERTTERT功能降低的神经细胞在暴露于功能降低的神经细胞在暴露于-淀淀粉蛋白中能增强其氧化性并使线粒体功能发生障粉蛋白中能增强其氧化性并使线粒体功能发生障碍，因而引起细胞凋亡。碍，因而引起细胞凋亡。TERTTERT在神经退行性病变在神经退行性病变实验模型中展现出有神经保护性功能，提示在神实验模型中展现出有神经保护性功能，提示在神经细胞中若能提高端粒酶的活性可能会抑制与衰经细胞中若能提高端粒酶的活性可能会抑制与衰老相关的神经退行性病变，如老相关的神经退行性病变，如ADAD和脑老化的发生和脑老化的发生等。等。端粒缩短加快可在许多病变中观察到端粒缩短加快可在许多病变中观察到:如如Down Down 综合征、综合征、Werner Werner 综合征、毛细管扩张失调综合征、毛细管扩张失调症症 、先天性角化不良等、先天性角化不良等,虽然有些遗传异常和端虽然有些遗传异常和端粒缺陷的关系还不清楚粒缺陷的关系还不清楚,但可能的原因有但可能的原因有:端粒核酸外切酶活性和端粒核酸外切酶活性和(或或)有效利用的增加。有效利用的增加。端粒过度丢失。端粒过度丢失。在发育或出生后端粒补偿机制的不足在发育或出生后端粒补偿机制的不足(端粒酶端粒酶或正性或正性ALTALT样功能样功能)。端粒缩短加速可由于环境的应急介导的端粒缩短加速可由于环境的应急介导的DNA DNA 损损害或对这些损害敏感度增加所致。不管何种原因害或对这些损害敏感度增加所致。不管何种原因,端粒缩短速率增加可致增殖组织的早衰特征端粒缩短速率增加可致增殖组织的早衰特征,但但也促进由于致瘤突变而获得增殖活性提高的克隆也促进由于致瘤突变而获得增殖活性提高的克隆过分生长。过分生长。细胞的死亡过程分为两个阶段细胞的死亡过程分为两个阶段,当端粒缩短至一关键性当端粒缩短至一关键性长度长度2-4kb2-4kb时时,染色体的稳定性就会遭到破坏染色体的稳定性就会遭到破坏,细胞开始衰老细胞开始衰老进入进入M M1期（期（mortalitystage1M M1）。在）。在M1期细胞对生长因子等期细胞对生长因子等失去反应，产生失去反应，产生DNA合成蛋白抑制因子，细胞周期检查点合成蛋白抑制因子，细胞周期检查点（cellcyclecheckpoints）发送周期停止信号，）发送周期停止信号，DNA合成停止，合成停止，DNA DNA 断裂断裂,活化活化p53 p53 依赖或非依赖或非p53 p53 依赖的依赖的DNA DNA 损伤途径。并损伤途径。并诱导诱导CDKCDK抑制物如抑制物如p21,p27p21,p27产生产生,导致细胞导致细胞G1G1期生长停滞期生长停滞,最最终走向死亡。如果这一过程中一些癌基因终走向死亡。如果这一过程中一些癌基因SV40T抗原、抗原、PRB PRB,或或p53,p16 p53,p16 等抑癌基因失活等抑癌基因失活,丧失正常功能丧失正常功能,均能使均能使M1期期的机制被抑制使细胞逃逸的机制被抑制使细胞逃逸M1期，继续生长获得额外的增殖能期，继续生长获得额外的增殖能力，此时端粒酶仍为阴性，端粒继续缩短，经过力，此时端粒酶仍为阴性，端粒继续缩短，经过20-30次分裂次分裂后，最终到达后，最终到达M2期。细胞由于端粒过短期。细胞由于端粒过短,基因不稳定基因不稳定,绝大多绝大多数细胞死亡数细胞死亡,只有极少数细胞由于端粒酶活性的上调或重新只有极少数细胞由于端粒酶活性的上调或重新激活激活,端粒的功能得到恢复端粒的功能得到恢复,基因重获稳定基因重获稳定,使细胞超越使细胞超越M M2期期,成为永生化细胞。成为永生化细胞。端粒酶被抑制端粒酶被抑制正常人体细胞正常人体细胞端粒丢失端粒丢失M1期阻滞期阻滞SV40T抗原抗原细胞分裂停止细胞分裂停止Rb、P53与病毒蛋白结合、突变与病毒蛋白结合、突变M1M2期间隔期间隔永生化永生化双着丝粒形成双着丝粒形成M2期退化期退化染色体失稳染色体失稳端粒酶被激活端粒酶被激活细胞凋亡细胞凋亡端粒酶在人体细胞永生性转化中端粒酶在人体细胞永生性转化中端粒、端粒酶与肿瘤端粒酶活化是肿瘤的显著特征端粒酶活化是肿瘤的显著特征 尽管有研究认为端粒长度维持还可以借助于非尽管有研究认为端粒长度维持还可以借助于非端粒酶依赖模式，即端粒替代延长（端粒酶依赖模式，即端粒替代延长（altematire altematire Lengthening of telomere ALTLengthening of telomere ALT）机制，但其存在）机制，但其存在上并不能否认永生化细胞中端粒酶的重要作用。自上并不能否认永生化细胞中端粒酶的重要作用。自从从19941994年年KimKim等创立等创立TRAPTRAP法检测端粒酶活性以来，法检测端粒酶活性以来，越来越多的文献证明端粒酶活性在大多数人类原发越来越多的文献证明端粒酶活性在大多数人类原发性肿瘤标本及肿瘤衍生细胞系中可被检测到。美国性肿瘤标本及肿瘤衍生细胞系中可被检测到。美国学者在学者在400多例来源于多例来源于12种不同组织的原发肿瘤病