10102106 摘要：端粒是真核生物染色体末端的一种特殊结构，由端粒DNA颗粒相关蛋白组成，可维持染色体的结构稳定性和功能，保护染色体免受核酸酶降解，防止其末端发生融合或融合。重排。排队等候。当端粒长度因细胞复制而缩短到极限时，细胞就会衰老甚至死亡，端粒酶的存在可以补充缩短的端粒，从而延长细胞的寿命，甚至永生。端粒是染色体末端的一种特殊结构。它的存在和维持其特殊构象是保护线性染色体末端和成功完成DNA末端复制所必需的。端粒具有稳定染色体末端、解决不完全末端复制等多种功能。端粒酶是在正常复制过程中抵抗端粒缩短并维持真核染色体长度的关键酶，在肿瘤细胞中表达尤为强烈。自“端粒缩短是引发细胞衰老的分子钟”假说提出以来，科学家们通过实验提供了大量证据来证明这一假说。随着对端粒和端粒酶结构和功能研究的深入，它们已成为国内外的研究热点之一。1. 端粒的结构和功能端粒是一种特殊的DNA/蛋白质复合物，可保护真核细胞中染色体的末端并保持其完整性。完整性和稳定性，防止染色体被降解、融合和重组，使分裂后获得的子细胞能够准确获得完整的遗传信息。一、端粒DNA的结构端粒DNA由两条长短不一的DNA链组成，一条富含G，另一条富含C。
富含G的链5'-3'指向染色体的末端，这条链在3'端比富含Cc的链长12到16个核苷酸，即3'悬挂链（3overhangstrand） ，在一定条件下，可以形成大而高度规则的鸟嘌呤四联体结构。这种结构是由单链之间或单链中相应的G残基之间通过Hoogsteen碱基配对形成的，从而使4条富含G的链汇聚成一个单一的四链体DNA。还认为端粒G链序列可以形成稳定的发夹结构，它和四链体结构都被认为与端粒DNA的保护功能有关。端粒的重复序列和长度在不同物种中是不同的。人类端粒 DNA 由 [5' -TTAGGG-3'] 重复序列，不编码任何蛋白质功能。它在进化上高度保守，全长约5A 15kb，每一次细胞分裂，染色体末端丢失50-200bp。2. 端粒结合蛋白的结构端粒结合蛋白包括端粒酶、保护蛋白复合物（sheherin）和非保护蛋白。保护蛋白复合物由端粒重复结合因子 1 (TRF1) 和端粒重复结合因子 (TRF2) 组成。端粒保护蛋白1（P0rrl）、TRF1-相互作用核蛋白（TIN2）、TIN2-相互作用蛋白1（TINT1）和抑制激活蛋白1，分别分布在染色体的端粒上，可以维持端粒相对稳定的粒结构。全长约5A 15kb，每一次细胞分裂，染色体末端丢失50-200bp。2. 端粒结合蛋白的结构端粒结合蛋白包括端粒酶、保护蛋白复合物（sheherin）和非保护蛋白。保护蛋白复合物由端粒重复结合因子 1 (TRF1) 和端粒重复结合因子 (TRF2) 组成。端粒保护蛋白1（P0rrl）、TRF1-相互作用核蛋白（TIN2）、TIN2-相互作用蛋白1（TINT1）和抑制激活蛋白1，分别分布在染色体的端粒上，可以维持端粒相对稳定的粒结构。全长约5A 15kb，每一次细胞分裂，染色体末端丢失50-200bp。2. 端粒结合蛋白的结构端粒结合蛋白包括端粒酶、保护蛋白复合物（sheherin）和非保护蛋白。保护蛋白复合物由端粒重复结合因子 1 (TRF1) 和端粒重复结合因子 (TRF2) 组成。端粒保护蛋白1（P0rrl）、TRF1-相互作用核蛋白（TIN2）、TIN2-相互作用蛋白1（TINT1）和抑制激活蛋白1，分别分布在染色体的端粒上，可以维持端粒相对稳定的粒结构。保护蛋白复合物 (sheherin) 和非保护蛋白。保护蛋白复合物由端粒重复结合因子 1 (TRF1) 和端粒重复结合因子 (TRF2) 组成。端粒保护蛋白1（P0rrl）、TRF1-相互作用核蛋白（TIN2）、TIN2-相互作用蛋白1（TINT1）和抑制激活蛋白1，分别分布在染色体的端粒上，可以维持端粒相对稳定的粒结构。保护蛋白复合物 (sheherin) 和非保护蛋白。保护蛋白复合物由端粒重复结合因子 1 (TRF1) 和端粒重复结合因子 (TRF2) 组成。端粒保护蛋白1（P0rrl）、TRF1-相互作用核蛋白（TIN2）、TIN2-相互作用蛋白1（TINT1）和抑制激活蛋白1，分别分布在染色体的端粒上，可以维持端粒相对稳定的粒结构。
非保护蛋白包括 DNA 修复蛋白 RADSONBS1。胍E11、Ku86、DNAPKcs等的分布不仅限于端粒。这三种类型的端粒结合蛋白协同维持和调节端粒稳态。3. D-loop-T-loop 结构假说 1999 年，Griffith 等人。提出了端粒结构的 D-loop-T-100p 假说。端粒3'突出端侵入端粒重复序列形成T环，同时单链G尾TTAGGG与环口内的CCCTAA碱基互补形成100-200个碱基对D -环形。T-100p的形成为端粒的保护作用提供了结构基础，很好的分析了端粒对染色体的保护作用，因为当端粒缩短到极限长度时，无法形成T环，端粒失去保护功能。染色体没有完全复制导致细胞死亡。4. 端粒与脆性衰老关系的新假说 2000 年，Blackbern 提出了端粒与细胞衰老关系的新假说：在细胞正常分裂过程中，端粒可以动态地从加帽状态到非加帽状态来回变化，在前者细胞可以继续分裂，后者会触发细胞周期停滞。当一定量的端粒因多次分裂而缩短而不能被加帽时，细胞就会老化甚至死亡。激活端粒酶后。端粒可以通过同源重组从非加帽状态恢复到加帽状态，逃避复制衰老并继续分裂。染色体没有完全复制导致细胞死亡。4. 端粒与脆性衰老关系的新假说 2000 年，Blackbern 提出了端粒与细胞衰老关系的新假说：在细胞正常分裂过程中，端粒可以动态地从加帽状态到非加帽状态来回变化，在前者细胞可以继续分裂，后者会触发细胞周期停滞。当一定量的端粒因多次分裂而缩短而不能被加帽时，细胞就会老化甚至死亡。激活端粒酶后。端粒可以通过同源重组从非加帽状态恢复到加帽状态，逃避复制衰老并继续分裂。染色体没有完全复制导致细胞死亡。4. 端粒与脆性衰老关系的新假说 2000 年，Blackbern 提出了端粒与细胞衰老关系的新假说：在细胞正常分裂过程中，端粒可以动态地从加帽状态到非加帽状态来回变化，在前者细胞可以继续分裂，后者会触发细胞周期停滞。当一定量的端粒因多次分裂而缩短而不能被加帽时，细胞就会老化甚至死亡。激活端粒酶后。端粒可以通过同源重组从非加帽状态恢复到加帽状态，逃避复制衰老并继续分裂。端粒与脆性衰老关系的新假说 2000 年，Blackbern 提出了端粒与细胞衰老关系的新假说：在正常细胞分裂过程中，端粒可以在加帽状态和非加帽状态之间动态地来回变化，在前者，细胞可以继续分裂，而在后者，将触发细胞周期停滞。当一定量的端粒因多次分裂而缩短而不能被加帽时，细胞就会老化甚至死亡。激活端粒酶后。端粒可以通过同源重组从非加帽状态恢复到加帽状态，逃避复制衰老并继续分裂。端粒与脆性衰老关系的新假说 2000 年，Blackbern 提出了端粒与细胞衰老关系的新假说：在正常细胞分裂过程中，端粒可以在加帽状态和非加帽状态之间动态地来回变化，在前者，细胞可以继续分裂，而在后者，将触发细胞周期停滞。当一定量的端粒因多次分裂而缩短而不能被加帽时，细胞就会老化甚至死亡。激活端粒酶后。端粒可以通过同源重组从非加帽状态恢复到加帽状态，逃避复制衰老并继续分裂。在细胞正常分裂过程中，端粒可以动态地在加帽态和非加帽态之间来回变化，前者细胞可以继续分裂，后者会触发细胞周期停滞。当一定量的端粒因多次分裂而缩短而不能被加帽时，细胞就会老化甚至死亡。激活端粒酶后。端粒可以通过同源重组从非加帽状态恢复到加帽状态，逃避复制衰老并继续分裂。在细胞正常分裂过程中，端粒可以动态地在加帽态和非加帽态之间来回变化，前者细胞可以继续分裂，后者会触发细胞周期停滞。当一定量的端粒因多次分裂而缩短而不能被加帽时，细胞就会老化甚至死亡。激活端粒酶后。端粒可以通过同源重组从非加帽状态恢复到加帽状态，逃避复制衰老并继续分裂。激活端粒酶后。端粒可以通过同源重组从非加帽状态恢复到加帽状态，逃避复制衰老并继续分裂。激活端粒酶后。端粒可以通过同源重组从非加帽状态恢复到加帽状态，逃避复制衰老并继续分裂。
这个假说和端粒的D-loop-T-loop cap结构可以说是相互呼应，因为T-100p的形成需要一定长度的端粒。从另一个角度来看，端粒的逐渐缩短使其难以恢复到加帽状态。由于3'端的缺失，T-loop结构将被破坏，导致端粒末端处于脱帽状态。因此，Stemart 等人。提出 3' 端的丢失是触发复制衰老的信号端粒酶的结构，揭示了与衰老相关的端粒结构变化的分子机制。5、端粒在生物体中的功能目前认为端粒的主要功能包括：(1) 保护染色体末端不被核酶降解或化学修饰或融合和异常重组，并保持其完整性；(2)保持自身的完整性 其中，蛋白质参与染色体的定位和复制，使细胞能够正常分化或繁殖；(3)反映细胞分裂能力和寿命。事实证明，大多数细胞的端粒长度与细胞的分裂能力有关，端粒越长，分裂能力越高，反之亦然。我们还可以利用细胞的端粒长度和分裂后缩短的端粒长度来估计细胞的寿命，从而选择合适的细胞进行相关研究。2、端粒酶的结构和功能端粒酶是1984年由shpay发现的。它是由端粒酶RNA链和蛋白质组成的核糖核蛋白酶，直接参与端粒的形成。一种核酸-蛋白质复合物，其中生物染色体末端的 DNA 被延伸。一、端粒酶的结构成分端粒酶包括3个成分：端粒酶RNA（telomerase RNA，TR）、端粒酶相关蛋白1（telomerase associated-protein 1，TP1）、端粒酶催化亚基（Telomerase Reverse Transcriptase，TERT）。
2.各组分特性 hTR是人类端粒酶RNA端粒酶的结构，是人类端粒酶合成端粒DNA的模板，是端粒酶发挥作用所必需的。因为hTR存在于正常体细胞中，但几乎没有端粒酶活性，而在各种肿瘤细胞中测得的hTR和端粒酶活性不平行，不能反映端粒酶活性的高低。TP1 在端粒酶活性的调节中起重要作用，但有证据表明端粒酶活性不需要它。hTERT 是一种包含 7 个基序的转录酶，在端粒酶的激活中起着关键作用。端粒酶活性可以通过在无细胞条件下混合hTR和hTERT来表达，这是端粒酶活性的极限。速度亚基。hTERT缺失A水平与端粒酶活性呈正相关：将携带hTERT基因的质粒转染端粒酶隐性成纤维细胞，可重构端粒酶活性：若hTERT基因发生突变，细胞将不表达端粒酶Granzyme活动。在同一组织的不同部位，细胞分裂的能力与端粒酶的活性成正比。例如，在生长期的毛囊中，含有活性细胞的部分表达端粒酶活性，而含有低分裂活性细胞的部分表达较低水平的酶活性。3、端粒酶的主要功能 目前认为，端粒酶的主要功能是维持染色体末端的端粒序列，即 延长端粒 DNA 的富含 G 链，形成 G-四链体或发夹结构。保护染色体。端粒酶还可以修复断裂的染色体末端，从而抵消细胞分裂对端粒DNA的消耗，保持遗传信息的完整性。
此外，端粒酶合成 TTAGGG 序列的串联重复序列，为 TRF2 提供结合位点并有助于防止染色体末端融合。3. 端粒系统与癌症端粒酶可能在癌细胞的生长中起重要作用。加州大学旧金山分校的研究人员发现，可以通过抑制端粒酶的活性来阻止黑色素瘤的扩散。这项研究首次将端粒酶与糖酵解联系起来。糖酵解是体内消耗葡萄糖并产生乳酸的糖代谢途径。端粒酶与糖酵解关系的建立对于理解端粒酶和糖酵解的功能有很大的影响。新发现支持通过抑制端粒酶治疗癌症的基本原理。在研究中，研究人员分析了小鼠的基因表达，发现当细胞中的端粒酶受到抑制时，皮肤癌细胞中一种参与葡萄糖代谢的基因的表达水平降低。他们发现，当将端粒酶抑制剂引入黑色素瘤细胞时，黑色素瘤细胞开始发生变化，细胞恢复了先前失去的功能，例如产生色素。由于乳酸的积累使细胞呈酸性，因此可以关闭控制色素生成的蛋白质——这表明葡萄糖代谢在转移性肿瘤中与端粒酶结合时起着关键作用。在正常细胞中，端粒是每条染色体末端的简单 DNA 链，并随着细胞分裂而逐渐缩短。在癌细胞等异常细胞中被激活的端粒酶，
因此，端粒酶在 90% 的人类癌症中过度表达。德克萨斯大学西南医学中心伍德林赖特教授的研究小组发现，位于人类染色体末端的 DNA，称为端粒，可以帮助治疗癌症。端粒与细胞分裂有关，它会随着细胞分裂而逐渐缩短，也意味着细胞衰老。然而，许多癌细胞含有一种叫做端粒酶的特殊酶。这种酶可以延长端粒的长度，从而破坏端粒随细胞分裂而缩短的自然规律，使细胞永生化，即细胞不受控制地扩张、疯狂生长——癌细胞的特征。研究人员推测，影响这种机制的药物可用于减缓正常细胞的衰老和抑制端粒酶活性以治疗癌症。了解控制端粒长度的机制可能会导致癌症治疗取得进展。Wright 教授和 Jerry Shay 教授开发了一种抗端粒酶药物，有助于减缓肺癌细胞在小鼠体内的扩散，目前正在进行人体试验以确定其安全性。研究人员还指出，抗端粒酶药物还需要与其他方法联合使用才能有效治疗癌症：此类药物可以作为手术或化疗等传统疗法之间的纽带，防止未被杀死的癌细胞扩散到身体的其他组织。4、端粒系统与衰老 衰老是整个机体的形态、结构和功能在生命过程中逐渐衰退的综合现象。
单细胞真核生物中的端粒长度必须始终保持不变，而人类细胞通常是非永生的，并且它们的端粒在许多体细胞中较短。Gryfer 等人。1997年提出细胞衰老永生学说，认为当正常体细胞分裂次数达到极限时，染色体端粒长度发生一定程度的缩短，有丝分裂在G1期不可逆地受阻细胞周期。在某个时候，细胞进入衰老阶段然后死亡。如果细胞被病毒感染，或p53、RB、p16INK4、ATM、APC等抑癌基因发生突变，或Kras等原癌基因被激活，或DNA错配修复基因（如hMSH2等）发生突变，或一些基因 高甲基化或低甲基化的 DNA 序列，改变（在没有核苷酸突变的情况下）该基因的表达，此时细胞能够继续有丝分裂超过阻断点。随着有丝分裂的进行，端粒的长度不断缩短。当缩短达到一定程度时，染色体结构发生扭曲，大多数细胞死亡。少数细胞激活端粒酶活性，不断合成端粒DNA，补充端粒长度。当颗粒不再缩短时，细胞获得无限分裂和增殖的能力，成为永生化细胞。这就是端粒-端粒酶假说，已被越来越多的研究所证实。例如，Hastie 发现人类结肠端粒限制性片段（TRF）随着供体年龄的增加而逐渐缩短，
Allospp 等人。利用人成纤维细胞研究端粒长度与年龄和有丝分裂能力的关系，发现年龄越小，初始端粒长度越长，有丝分裂能力越强；反之，早衰病患者的部分体细胞中，TRF的长度明显短于同龄正常人，而这些细胞在体外培养时，其有丝分裂能力也较正常人明显减弱. 杨世明等。在分析正常人胃粘膜的 TRF 长度时也得出了类似的结论。随着年龄的增长，TRF长度有减小的趋势，供体年龄与TRF长度呈显着负相关（r=0.05，P