端粒和端粒酶的结构和功能

 

来源公众号：扫地生生物　作者：生物冯老师

摘要

端粒是真核生物染色体末端的核蛋白结构。端粒类似于细胞复制中保护 DNA 的帽子。端粒最早是在四膜虫的 rDNA 微型染色体末端发现的，其中包含 20-70 个六聚体重复的“TTGGGG”序列，防止染色体内断裂时发生重排。端粒具有重复序列，这些序列与多个端粒相互作用蛋白结合。

      最近的研究表明，大多数真核生物端粒的特征是串联重复的短的富含GT的序列，该序列由6-8个碱基对序列组成，这些序列可能重复数百至数千次，并且其数量和长度可能因物种而异。

目录

• 端粒的结构
• 端粒的功能
• 端粒在解决末端复制问题中的作用
• 端粒酶缩短和细胞衰老
• 端粒酶：端粒维持酶
• 端粒酶与疾病
• 影响端粒长度的因素

端粒的结构

     大多数真核生物的染色体末端都有端粒，主要由亚端粒和端粒序列组成。端粒结构具有重复的非编码序列（5′-TTAGGG-3’）。在人类中，端粒片段由5 000-15 000个碱基对组成。 每条染色体的末端都有一条富含G的链，从5’到3’延伸至末端，在互补的富含C的链中延伸12-16个核苷酸。

端粒和端粒酶

端粒的功能

端粒的主要功能是保持染色体稳定和防止退化。它们还有助于损伤反应并防止意外重组。端粒在恶性转化和癌症发展中起着至关重要的作用，因为它们可以缩短细胞增殖并抑制肿瘤细胞进一步形成。端粒酶相关成分可以影响细胞类型和细胞分裂阶段，有助于防止染色体间融合和重组。此外，它还保存了基因组信息。

端粒在解决末端复制问题中的作用

       端粒的复制是一种复杂的现象。它有多个步骤，依赖于动态相互作用。端粒含有端粒酶和各种维持细胞基因组完整性的端粒蛋白。

      在细胞分裂过程中，由于酶的非常规复制（酶方向性导致末端丢失），DNA 复制面临难以复制每条染色体末端的问题。结果，出现了“末端复制问题”。这导致每次细胞分裂时端粒都会缩短。为了解决这个问题，端粒酶通过在端粒末端添加特定的 DNA 序列来延长端粒，帮助它们延长细胞寿命并维持染色体稳定性。

端粒酶缩短和细胞衰老

       哺乳动物细胞具有由 TTAGG 组成的重复六核苷酸基序，可保护染色体免于降解和添加。端粒长度在人类成纤维细胞中表现出复制能力，并与双着丝粒染色体和衰老端粒长度相关。在细胞分裂过程中，人类体细胞（非生殖细胞）的端粒长度会缩短，达到极短的长度后可能会导致衰老。此外，它们的形态特征也会发生变化。

       细胞衰老是生理功能逐渐衰退并导致细胞死亡的过程。导致细胞衰老的因素包括端粒和 DNA 损伤、线粒体功能障碍和表观遗传失调。这些因素导致各种疾病，如癌症、心血管疾病、糖尿病、神经退行性疾病、慢性阻塞性肺病、慢性肾病、骨质疏松症、肌肉减少症甚至中风 。

端粒酶：端粒维持酶

端粒酶是一种负责将 DNA 添加到染色体的酶，有助于维持染色体的长度。它也是一种逆转录酶核糖核蛋白，由端粒酶逆转录酶 (TERT) 蛋白和非编码 RNA 成分 (TER，端粒酶 RNA) 组成。在真核生物中，端粒酶是一种端粒酶，包括一种称为端粒酶逆转录酶 (hTERT) 的催化蛋白亚基和一种核心 RNA 成分 (hTR)，它合成并维持端粒结构，细胞生长不受控制，与癌症的发展有关。通过抑制癌细胞中的端粒酶，某些疗法可以潜在地限制肿瘤的生长，从而为癌症治疗提供可能。

端粒酶与疾病

     端粒中活性氧 (ROS) 的产生会诱发细胞衰老，尤其是在受到线粒体功能障碍、不健康的生活方式选择以及化疗和放疗等医学治疗等众多压力因素的影响时。对于肥胖人群来说，在经历心理压力时，富含 G 的端粒修复 DNA 的能力较弱，更容易受到氧化应激的影响，导致端粒变短，而较长的端粒与较高的身体活动量有关。

       基因扩增或启动子甲基化可能导致 hTERT 表达失调，从而导致约 90% 的肿瘤细胞产生端粒酶。与 hTERT 相关的几种癌症中端粒酶的上调使其成为癌症免疫治疗的重点靶点。寡核苷酸抑制剂、免疫疗法和基因疗法等一些技术分别诱导端粒缩短、激活针对端粒酶的 T 淋巴细胞并选择性地破坏肿瘤细胞。

        研究还发现，白细胞端粒越长，无病寿命越长。当从血液中测量细胞时，端粒在遗传上有所不同，并受到压力、污染和生活方式选择等因素的影响。这些因素反映了细胞的健康状况，并表明了潜在的疾病风险和整体健康状况。 

影响端粒长度的因素

      端粒长度因染色体而异，并非所有个体的端粒长度都相同。不同的测量端粒长度的方法的测量结果也不同。环境刺激（例如激素水平波动或治疗干预）会改变端粒长度。

小结

       端粒是一种在染色体稳定性、细胞衰老和整体疾病风险中起重要作用的结构。它们在防止染色体退化方面也发挥着至关重要的作用。它们的存在支持细胞信息的持久性，也有助于癌症治疗。端粒酶是一种酶，可受到环境压力和细胞损伤等多种因素的影响。了解这些影响可能会改善整体健康状况。端粒在真核生物的基因组稳定性和保存细胞信息方面起着至关重要的作用。因此，端粒生物学有助于健康老龄化的策略。未来的研究应侧重于通过了解端粒相关的染色体不稳定性并开发更有效的治疗方法来改进抗端粒酶疗法。 

来源网址：【参考资料】端粒和端粒酶的结构和功能