端粒与端粒酶研究于抗衰老的应用 陈元懿17301050271 技术原理 端粒:端粒是存在于真核细胞线状染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体,它 与端粒结合蛋白一起构成了特殊的结构,能够维持染色体的完整和控制细胞分裂 周期。端粒DNA是由简单的DNA高度重复序列组成的,染色体末端沿着5’到3’方 向的链富含GT。在人中,端粒序列为TTAG/ CCCTAA,并有许多蛋白与端粒DNA 结合。 端粒酶:端粒酶以自身的RNA作为端粒DNA复制的模板,合成出富含脱氧单 磷酸鸟苷的DNA序列后添加到染色体的末端并与端粒蛋白质结合,从而稳定了染 色体的结构。但是,在正常人体细胞中,端粒酶的活性受到相当严密的调控,只 有在造血细胞、干细胞和生殖细胞,这些必须不断分裂复制的细胞之中,才可以 侦测到具有活性的端粒酶。在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜 在的继续增殖能力等方面有重要作用。 由于核DNA是线形DNA,复制时由于模板DNA 起始端被RNA引物先占据,新生链随之延伸;引物 RNA脱落后,其空缺处的模板DNA无法再度复制成 双链。因此,每复制一次,末端DMA就缩短若干个 端粒重复序列。当端粒不能再缩短时,细胞就无法 继续分裂了。越是年轻的细胞,端粒长度越长;越 是年老的细胞,端粒长度越短。一旦端粒消耗殆尽, 细胞将会立即启动凋亡机制。端粒与细胞老化的关 系,阐述了一种新的人体衰老机制。 DNA复制期间的滞留 链 端粒酶以自身的RNA作为端粒DNA复制的模板,合成出富含脱氧单磷酸鸟苷 的DNA序列后添加到染色体的末端并与端粒蛋白质结合,从而稳定了染色体的结 构 CTGAACGGGGTTGGGGGTTPGGGTTGGGGT CCCAACCCCGA 蛋白质 RNA模板 AA Fig 3 Telomerase operates at the end of the chromosome e 图3端粒酶合成端粒示意图N 端粒酶在端粒的特异位点,以其自身RNA为模板合成端粒DNA
端粒与端粒酶研究于抗衰老的应用 陈元懿 17301050271 技术原理 端粒:端粒是存在于真核细胞线状染色体末端的一小段 DNA-蛋白质复合体，它 与端粒结合蛋白一起构成了特殊的结构，能够维持染色体的完整和控制细胞分裂 周期。端粒 DNA 是由简单的 DNA 高度重复序列组成的，染色体末端沿着 5'到 3' 方 向的链富含 GT。在人中，端粒序列为 TTAGGG/CCCTAA，并有许多蛋白与端粒 DNA 结合。 端粒酶：端粒酶以自身的 RNA 作为端粒 DNA 复制的模板，合成出富含脱氧单 磷酸鸟苷的 DNA 序列后添加到染色体的末端并与端粒蛋白质结合，从而稳定了染 色体的结构。但是，在正常人体细胞中，端粒酶的活性受到相当严密的调控，只 有在造血细胞、干细胞和生殖细胞，这些必须不断分裂复制的细胞之中，才可以 侦测到具有活性的端粒酶。在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜 在的继续增殖能力等方面有重要作用。 由于核 DNA 是线形 DNA，复制时由于模板 DNA 起始端被 RNA 引物先占据，新生链随之延伸；引物 RNA 脱落后，其空缺处的模板 DNA 无法再度复制成 双链。因此，每复制一次，末端 DNA 就缩短若干个 端粒重复序列。当端粒不能再缩短时，细胞就无法 继续分裂了。越是年轻的细胞，端粒长度越长；越 是年老的细胞，端粒长度越短。一旦端粒消耗殆尽， 细胞将会立即启动凋亡机制。端粒与细胞老化的关 系，阐述了一种新的人体衰老机制。 端粒酶以自身的 RNA 作为端粒 DNA 复制的模板，合成出富含脱氧单磷酸鸟苷 的 DNA 序列后添加到染色体的末端并与端粒蛋白质结合，从而稳定了染色体的结 构。 DNA 复制期间的滞留链
尽管如此,正常人体细胞几乎不表达端粒酶,而在干细胞及肿瘤细胞中该酶 的表达量较大。通过对细胞进行基因工程改造,改变细胞中端粒酶的活性,可以 影响细胞衰老的进程。 技术应用(实验阶段) 1)美国德克萨斯大学西南医学中心的细胞生物学及神经系统科学教授杰里·谢 伊和伍德林·赖特做了这样一项试验:在采集的包皮细胞(包皮环切术的附 带产物)中导入某种基因,使细胞中产生端粒酶。一般来说,包皮细胞在变 老之前可分裂60次左右。但在上述试验中,细胞已分裂了300多次却毫无终 止的征兆,也没有显示任何异常的迹象 2)哈佛Dana- Farber癌症硏究所的科学家们通过控制端粒酶基因,第一次在老 鼠身上局部逆转了年龄增长所带来的老化问题,其中包括:大脑和睾丸的新 生长发育,繁殖能力的增强,以及恢复了部分已丧失的认知功能。 技术优点 1)此种技术在DNA层面上对细胞衰老进行干预,为人类从衰老的根本上进行打 开一条的新的道路 技术缺点 1)尽管端粒酶似乎能有效地延缓细胞凋亡机制的启动,但也发现它在多种癌细 胞中都有大量表达,与癌细胞的无限增生密切相关。由于对细胞衰老机制探 究的不完全,虽然在细胞方面的已有可参考的实验,但于生物体的改造仍有 很多风险及不确定因素。 2)端粒酶技术仅仅从单个细胞的角度延缓衰老,但生物个体中的新陈代谢是 套更复杂的系统。关于如何在延长细胞寿命的基础上协调个体的细胞代谢机 制仍需更进一步的研究
尽管如此，正常人体细胞几乎不表达端粒酶，而在干细胞及肿瘤细胞中该酶 的表达量较大。通过对细胞进行基因工程改造，改变细胞中端粒酶的活性，可以 影响细胞衰老的进程。 技术应用（实验阶段） 1）美国德克萨斯大学西南医学中心的细胞生物学及神经系统科学教授杰里·谢 伊和伍德林·赖特做了这样一项试验：在采集的包皮细胞（包皮环切术的附 带产物）中导入某种基因，使细胞中产生端粒酶。一般来说，包皮细胞在变 老之前可分裂 60 次左右。但在上述试验中，细胞已分裂了 300 多次却毫无终 止的征兆，也没有显示任何异常的迹象。 2）哈佛 Dana-Farber 癌症研究所的科学家们通过控制端粒酶基因，第一次在老 鼠身上局部逆转了年龄增长所带来的老化问题，其中包括：大脑和睾丸的新 生长发育，繁殖能力的增强，以及恢复了部分已丧失的认知功能。 技术优点 1） 此种技术在 DNA 层面上对细胞衰老进行干预，为人类从衰老的根本上进行打 开一条的新的道路。 技术缺点 1） 尽管端粒酶似乎能有效地延缓细胞凋亡机制的启动，但也发现它在多种癌细 胞中都有大量表达，与癌细胞的无限增生密切相关。由于对细胞衰老机制探 究的不完全，虽然在细胞方面的已有可参考的实验，但于生物体的改造仍有 很多风险及不确定因素。 2） 端粒酶技术仅仅从单个细胞的角度延缓衰老，但生物个体中的新陈代谢是一 套更复杂的系统。关于如何在延长细胞寿命的基础上协调个体的细胞代谢机 制仍需更进一步的研究