端粒与端粒酶_2课件.ppt

——端粒与端粒酶 主讲人：杨长友 重庆师范大学生命科学学院 生物化学与分子生物学专业 2009年诺贝尔生理学或医学奖  贡献：揭示了 “how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase” (染色体是如何被端粒和端粒酶保护的)。 主要内容 端粒与端粒酶的发现 端粒的结构与功能 端粒酶的结构与功能 端粒及端粒酶与衰老、癌症的关系 端粒与端粒酶的研究现状 影响端粒长度的因素 一、端粒与端粒酶的发现 端粒最早是由著名的遗传学家赫尔曼·缪勒 （Hermann Muller，因为发明用 X射线突变基因而获得1946 年的诺贝尔生理或医学奖）于1938 年发现的。 缪勒给这种天然末端结构取了个形象的名字—— telomere， 这是由希腊语“telos” (末端) 及“meros” (部分) 组成的。中文翻译为“ 末端的颗粒” ， 简称“ 端粒” 。 1941年芭芭拉·麦克林托克 （Barbara McClintock，因为发现玉米的转座子获得1983年诺贝尔生理或医学奖 ）在玉米的遗传学研究中也证实端粒的存在。 一、端粒与端粒酶的发现 1978 年伊丽莎白通过体外 DNA 复制实验，推断出模式生物四膜虫（Tetrahymena thermophila）的端粒中含有许多重复的 5’- CCCCAA- 3’六碱基序列，首次阐明了四膜虫的端粒结构。同时，杰克·绍斯塔克正试图在酵母中建构人工线性染色体，希望它能够像自然染色体一样在细胞中复制。但他构建的人工染色体转化入细胞后总是很快降解。 1980年，当伊丽莎白报道她关于端粒DNA的发现时，引起了杰克的极大兴趣。于是二人合作将新发现的四膜虫端粒序列和人工染色体连接到一起，而后导入酵母细胞。奇迹出现了，人工染色体不再降解，可以在细胞内正常复制。这一方面证实了端粒对染色体的保护作用，也使 DNA的大片段克隆成为可能，为后来的人类基因组测序奠定了基础。 一、端粒与端粒酶的发现 1984年，伊丽莎白在试验中发现了一个有趣的现象：不论是四膜虫还是酵母自身的端粒序列都可以在酵母中被保护和延伸。而带着四膜虫端粒DNA的人工染色体进入到酵母后，复制后被加上的是酵母端粒序列而非四膜虫的端粒序列。 一、端粒与端粒酶的发现 一、端粒与端粒酶的发现 1984年，卡罗尔作为博士研究生进入伊丽莎白实验室， 开始了端粒末端合成机制的研究工作。 她们假设端粒是由某种酶合成 ， 那么在细胞裂解液里应该有这种酶的存在， 如果使用四膜虫细胞裂解液在体外能检测到端粒序列的复制和延伸， 那无疑证实这种“ 酶” 的存在。 一、端粒与端粒酶的发现 实验过程大致如下： 1、将底物寡聚核苷酸（端粒DNA、随机序列DNA）进行放射性标记； 2、将高浓度的寡聚核苷酸底物与高浓度的四膜虫细胞裂解液一起孵育； 3、通过放射性标记的核苷酸来检测体外端粒序列的合成。 一、端粒与端粒酶的发现 结果显示，当四膜虫细胞裂解液加入四膜虫或酵母端粒序列DNA时，其明显被重新加上了DNA碱基，而且以 6个碱基递增的方式延长，与四膜虫端粒重复基本单位为 6个碱基正好吻合，而对于随机序列的DNA底物并不发生延伸。 实验结果证明，端粒 DNA的延伸是通过“ 酶” 来完成的，且这种酶的活性不依赖于DNA模板。这种酶后来被命名为“端粒酶” （telomerase）。 一、端粒与端粒酶的发现 1985年，卡罗尔和伊丽莎白在四膜虫细胞核提取物中首先发现并纯化了端粒酶。之后 ，耶鲁大学 Morin于 1989年在人宫颈癌细胞中也发现了人体端粒酶。 二、端粒的结构与功能 端粒 (telomere)也称端区，是真核生物线性染色体的天然两末端，呈膨大粒状，由染色体末端DNA重复片断（富含G、C）与蛋白质组成（端粒结合蛋白和端粒相关蛋白）。 端粒既有高度的保守性，又有种属特异性。 哺乳动物端粒的重复序列为( TTAGGG／AATCCC) ， 其中G链3’端是一段单链的悬突(overhang) 。电镜观察发现， 端粒结构是一个双环结构， 由T环(T-loop，端粒环) 和D环(D-loop，替代环) 构成， T环在染色体末端形成一个帽子结构 ，可防止核酶以及连接酶作用于端粒。同时， T环结构在端粒长度的维持机制中起重要作用。 二、端粒的结构与功能 端粒的主要功能 ①保护染色体末端免遭融合、重组，防止染色体在细胞内被化学修饰或被核酶降解；维持染色体的完整性。 ②阻止细胞对染色体末端的DNA损伤反应。 ③为端粒酶提供底物，解决DNA复制的末端隐缩，保证染色体的完全复制。 ④决定细胞的寿命。当端粒再也无法保护染色体免受伤害时，细胞就会停止分裂，或者变得