端粒和端粒酶

 

来源公众号：bioinfotec　作者：bioinfotec

当我们将视野放大到染色体的最顶端，那里并不是我们通常想象的基因或调控序列，而是一段简单的 DNA 片段 —— 由 “TTAGGG” 组成的序列重复成百上千次。

这种特殊的结构被称为端粒，是存在于从人类到单细胞真核生物等多种生物染色体末端的重复序列。端粒就像保护染色体的“封套”，防止染色体末端的遗传信息在细胞分裂过程中受损。然而，随着细胞的每一次复制，端粒自身也会逐渐缩短，这种磨损被认为是细胞衰老的一个重要标志。

端粒

为了防止染色体末端的基因在复制过程中丢失，真核生物的染色体末端有特殊的DNA“帽子”，称为端粒。端粒由数百到数千个重复的短DNA序列组成，不同生物的序列有所差异，但人类和其他哺乳动物的端粒序列是5′-TTAGGG-3’。

端粒有单链DNA的突出端，这种单链结构看起来像是受损的DNA，因此需要被细胞的DNA修复系统保护起来，避免被错误识别。染色体滞后链末端的单链突出端是由于DNA复制时末端无法完全复制造成的；而前导链末端的突出端则是由特定酶切割DNA部分片段产生的。

在一些物种（包括人类）中，这些单链突出端会与邻近的双链DNA中的互补重复序列结合，形成端粒末端的保护环状结构（T-loop）。端粒相关蛋白也参与保护端粒，防止它们被DNA修复机制误识为DNA损伤。

端粒中的重复序列会在细胞多次分裂过程中逐渐缩短，形成缓冲区，保护染色体内部携带基因的区域不受损害。这种端粒的逐渐缩短与细胞衰老密切相关，也解释了为什么细胞的分裂次数有限。

端粒酶

有些细胞能够通过产生端粒酶来逆转端粒的缩短。端粒酶是一种特殊的酶，它能利用RNA作为模板，合成DNA，因此被称为RNA依赖的DNA聚合酶。

端粒酶的作用机制是，首先与一段含有与端粒重复序列相匹配的RNA结合，借助这段RNA作为模板，在端粒的单链突出端不断添加新的核苷酸。这样，当突出端变长到一定程度后，细胞的正常DNA复制系统就能利用RNA引物和DNA聚合酶合成另一条互补链，最终形成完整的双链DNA。

虽然DNA复制时的引物不一定位于染色体的末端，而且引物被去除后不能完全被DNA替代，单链突出端仍然存在，但总体来说，端粒的长度得到了延长。

端粒酶在大多数体细胞中通常是不活跃的，但在生殖细胞（产生精子和卵子的细胞）以及某些成体干细胞中，端粒酶保持活跃，因为这些细胞需要进行大量分裂，或者像生殖细胞那样，启动新的个体并重置端粒的“生物钟”。

许多癌细胞的端粒较短，但端粒酶却异常活跃。如果能够用药物抑制端粒酶的功能，可能有效阻止癌细胞无限增殖，进而抑制肿瘤生长，这为癌症治疗提供了一个有希望的方向。

来源网址：端粒和端粒酶