端粒和端粒酶是如何保护染色体的.ppt
2009年诺奖工作回顾端粒和端粒酶是如何保护染色体的,2009年诺贝尔生理学或医学奖,Elizabeth H.Blackburn,Carol W.Greider,Jack W.Szostak,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009 was awarded jointly to Elizabeth H.Blackburn,Carol W.Greider and Jack W.Szostak“for the discovery of how chromosomes are protected by telomeres（端粒）and the enzyme telomerase（端粒酶）”.,内容提要,端粒问题的提出Blackburn与Szostak发现端粒能保护染色体末端Blackburn与Greider发现催化端粒延伸的端粒酶研究进展及发展方向工作的重大价值,端粒问题的提出,20世纪30年代，Hermann JMuller(1946年诺贝尔生理学或医学奖)发现被X射线打断的果蝇染色体其末端存在一种特殊序列，该序列与常染色体相较极不稳定。1938年，Muller在The Collecting Net上发表了一篇题为“The remarking of Chromosomes”的演讲稿，将染色体的游离端命名为端粒（telomer）。“这种末端基因具有某种特殊的功能，即可以对染色体的末端起到封闭(sealing)的作用，从某种意义上讲，如果染色体的末端不被封闭，染色体就不会持续存在”。Muller HJ.The remarking of chromosomes.Collecting Net,1938,13:181-198.,端粒问题一1941年，Muller的结论由BarbaraMcClintock(1983年诺贝尔生理学或医学奖)在玉米中得到证实。染色体末端不同于DNA断端，它避免之间发生融合的特殊结构是什么？,端粒问题二1972年，James Watson(1962年诺贝尔生理学或医学奖)在探讨噬菌体T7的DNA复制时指出，真核生物线性DNA的复制始于内部起始点，以短链RNA分子作引物，沿53方向延伸互补链。真核生物线性DNA末端可以完整复制的机制是什么?,Npg.Nature.vol.350.issue.6319.Apr.1991,前导链,随从链,引物,Blackburn与Szostak发现端粒能保护染色体末端,1975年，Blackburn检测嗜热四膜虫编码核糖体RNA的线性rDNA端粒序列由核苷酸六聚体(CCCCAA/GGGGTT)n构成，n=2070重复序列具有方向性，端粒的3端由(TTGGGG)n 构成(G链)，5端由(CCCCAA)n构成(C链)重复序列具有不连续性70s，Szostak在酵母中构建人工线性DNA分子研究染色体同源重组机制用限制性内切酶酶切环形质粒时，存在“黏”性末端，酶切后形成的线性DNA分子很快与酵母的染色体DNA发生同源重组，或很快被降解而不能长时间稳定存在,DNA sequences of telomeres maintained in yeast，Nature.Vol.310.12 July 1984,热四膜虫rDNA一个长15kb、含有端粒的末端片段，连接到酵母环状质粒酶切后形成的线性分子两端，构成一个全新的线性DNA分子。,Blackburn与Greider发现催化端粒延伸的端粒酶,Blackburn和Szostak的实验证实了端粒在物种进化中的保守性以及其保护染色体稳定性的重要功能。端粒的复制问题？科学家们试图用多种模型来解释，包括同源重组或转座作用、回文结构或发卡结构等，也有科学家设想存在一种全新的酶催化合成端粒。,1984年，Greider在Blackburn的指导下共同研究端粒的复制问题。设想存在一种特殊类型的转移酶能沿35方向先将G链延长，再以此为模板合成互补的C链，这样就保证了子代DNA链5端的完整性。她们用一段合成的端粒作为底物，加入嗜热四膜虫的无细胞浸出物中，并混合了-32P-dGTP、dATP、dTTP、dCTP，孵育一段时间后将产物进行凝胶电泳分析。,Identification of a Specific Telomere Terminal Transferase Activity in Tetrahymena Extracts Cell,Volume 43,405-413,1 December 1985,结果发现，DNA寡聚体的延长是以6碱基序列重复相加来完成的，说明了确实存在一种此前未知的酶来催化端粒特有的重复序列延伸。为了排除这种延伸是由已知的DNA聚合酶以四膜虫自身染色体上(CCCCAA)n序列为模板完成的，她们用微球菌核酸酶破坏无细胞浸出物中四膜虫自身染色体上的(CCCCAA)n序列，但上述过程依然存在。另外，嗜热四膜虫中的这种转移酶还能催化(TTGGGG)叠加到酵母端粒重复序列构成的引物上，这说明此转移酶同样具有进化上的保守性。但其对随机序列的DNA底物不延伸，并且该活性不依赖于DNA聚合酶。,端粒酶(telomerase)由RNA和蛋白质构成的核蛋白复合体端粒酶以其上的RNA片段为模板合成端粒克隆嗜热四膜虫端粒酶上一段159bp长的RNA片段(159 RNA)，该片段上含有(CAACCCCAA)序列，如果设法干扰这一段序列，那么端粒酶将无法正常工作。1990年，Blackburn实验室将这段序列突变，结果合成的端粒序列随之变化，且与之互补。,A telomeric sequence in the RNA of Tetrahymenatelomerase required for telomere repeat synthesisNpg.Nature.vol.337.issue.6205.Jan.1989,研究进展及发展方向,哺乳动物端粒序列哺乳动物端粒的重复序列为(TTAGGGAATCCC)，其中G链3端是一段单链的悬突，C链5端以序列(ATC)结束。双环结构,Mammalian Telomeres End in a Large Duplex LoopCell,Vol.97,503514,May 14,1999,蛋白质复合体shelterin保护染色体末端不发生融合发挥关键作用1997年，Joachim Lingner等端粒酶是一种特殊类型的逆转录酶，其能以自身含有的RNA为模板，延伸染色体的端粒，保证染色体末端复制的完整。,Genes Dev.2005 19 2100-2110,细胞永生化导致癌症形成，而且重新具备在发育中的胚胎细胞的关键功能：端粒长度不缩短。Joachim Lingner实验室鉴定出三个蛋白连接在一起形成的称作CST的蛋白复合物，然后附着到端粒上。CST阻止端粒酶在端粒上发挥作用，但在癌细胞中，它们参与的时间太晚。,Nature.Vol.488.23 August 2012,端粒缩短与生物整体衰老的关系尚不明确现已比较明确的是端粒的缩短与细胞的衰老直接相关，由此人们想把这个结论外推到与生物整体衰老的关系上。例：世界上第一只克隆羊“多利”目前的研究还难以将端粒缩短与机体衰老的关系解释清楚，有待进一步深入探索。,工作的重大价值,Blackburn、Greider和Szostak三位科学家有关端粒和端粒酶的开创性工作，以及后续的研究进展，对医学领域中的肿瘤和一些遗传性疾病的研究，具有重大价值。肿瘤绝大多数的人体正常细胞中是没有端粒酶的，随着细胞分裂次数的增加，端粒逐渐缩短在许多恶性肿瘤细胞中端粒长度异常增加，其中约85的细胞是由于端粒酶的活性增强，过度延伸端粒造成遗传性疾病一些遗传性疾病的发病机制是端粒或端粒酶的功能异常，如先天性角化不良、获得性再生障碍性贫血和家族性特发性肺纤维化等,谢谢！,
