端粒的g四联体结构从上文可知-鲍晓明－山东大学生命科学院酵母.ppt

细胞衰老分子机制的主流假说 端粒和端粒酶 1978年，他们首先克隆了四膜虫（一种有纤毛的单细胞池糖微生物）的端粒结构：一种串联的线性排列的核酸重复序列(TTGGGG)n。这种线性排列的端粒重复序列的数目是非固定的，端粒限制性片段也不相同的。端粒长度在细胞的对数生长期增加，因此端粒长度是能或增或减的动态变化结构。此后有人对锥虫、酵母、蛙、小鼠和人等多种物生细胞的端粒进行了克隆。Moyzi等（1988年）应用原位杂交方法，发现锥虫的端粒重复序列为TTAGGG，酵母、人和脊椎动物均为（TTAGGG）n。Black-burn根据已经克隆的端粒序列，得出端粒的通用公式为：Cn(A/T)mGn,n=1-8,m=1-4；其中真核细胞的端粒是简单重复的G1-8（T/A）1-4的松散性保守序列，因此端粒是一种富含G的DNA序列。 真核生物的端粒DNA由非常短的数目精确的串联重排DNA排列而成。尽管很多物种中，端粒DNA有很多的变化，但进化关系非常远的生物却发现有相同的端粒DNA序列。如所有的脊椎动物、原生动物的锥虫，以及黏菌和真菌中的都有几乎相同的端粒序列T2AG3，富含GT。其它情况下，尽管不同的有机体有不同的端粒序列，但彼此总有明显的相关性。这说明了什么呢？ 端粒的G四联体结构 从上文可知，端粒DNA序列富含G。鸟嘌呤有相互连接的不寻常的能力。端粒的单链G富含尾能够形成“G四联体”。每个四联体含4个鸟嘌呤彼此通过氢键形成平面结构。每个鸟嘌呤来自连续的TTAGGG重复单位中的相应位点。四联体代表了每个重复单位中a同样组织形式的、但是由每个重复单位中的第二个G所组成另一个四联体之上。一系列四联体可按这种方式堆叠成螺旋状。 根据G-四联体的分子特性及螺旋取向，它可分为三类：①分子间的G-四联体或称为平行性的G-四联体；②两个发夹结构形成的双分子型G-四联体；③自身折叠形成的分子内G-四联体 端粒的哪些特征负责染色体末端的稳定性呢？有关研究表明：端粒处形成的DNA环没有游离末端，而是形成一种大型环状结构，称为端粒环或T环（T-loop）。是由单股DNA经过端粒结合蛋白的作用之后，卷曲而成的一个大循环。可能是使染色体末端稳定的关键特性。 随着细胞分裂时染色体的复制使端粒不可避免地逐渐缩短，体外培养证实（新生儿的细胞可传代培0-90代，而70岁的老人其体细胞仅能传代培养20-30代） ，人类体细胞每分裂一次端粒缩短3-120bp，因此端粒可能限制了细胞分裂次数，端粒的逐渐缩短可能是细胞计算和控制细胞分裂的基础，即端粒有“分裂时钟（mitotic clock）”的作用，当端粒缩短到一定程度就不再保护染色体免受重组或降解，细胞分裂的控制点就此得到信号而产生作用，如使细胞分裂停止和进入老化过程，最后导致细胞死亡。这种细胞因衰老而死亡与细胞凋亡即细胞程序性死亡不同，但似乎存在某种联系，两者的关系尚需进一步明确。 据此我们可以知道，如果维持端粒长度在可以保护染色体的范围内，那么即使不能实现长生不老，也能对延长人类寿命产生很大促进作用。那么，如何维持端粒长度呢?答案是端粒酶。 端粒酶的发现 端粒酶发现于20世纪70到80年代。约翰霍普金斯基础生物医学研究所的女教授Carol Greider、加州大学的Elizabeth H. Blckburn（女）博士和哈佛医学院的Jack Szostak博士 三人对端粒酶的发现和预测做了杰出的贡献。 端粒酶回顾 端粒酶是一种RNA与蛋白的复合体，它以自身RNA上的一个片段为模板通过逆转录合成端粒重复序列，并通过一种RNA依赖性聚合酶（如逆转录酶）机制加到染色体3’末端以延伸端粒。 端粒酶的三维结构 端粒酶主要由两部分组 成：端粒酶RNA组分(TR) 和端粒酶催化亚基(hTERT). 端粒酶RNA亚基内重要序列缺失保守性，但都有保守的二级序列 。推测只有在三级结构上才能找到与端粒酶功能有关的共同结构特征。 端粒酶的作用机制 hTERT基因的转录调控 通过比较TR和TERT表达水平与端粒酶活性的研究，以及外源TERT基因的表达, 表明端粒酶催化亚基表达是人端粒酶活性的限制因素 。hTERT基因启动子长11．2kb。hTERT启动子区缺乏典型的TATA盒或CACA盒。转录起始点上游181bp是核心启动子区，在该区发现有多个转录因子结合位点，如Sp1，c-Myc,Mad1等，这些因子单一或共同作用于hTERT基因启动子，构成了对hTERT基因调控的复杂系统。研究证实，c-Myc可结合到hTERT基因启动子区，直接激活hTERT基因转录；而且，c-Myc激活或抑制将影响正常细胞或肿瘤细胞hTERT启动子的活性。在hTERT核心启动子区有5个Spl结合位点(GG