端粒和端粒酶课件.ppt

端粒和端粒酶端粒和端粒酶 telomere and telomerasetelomere and telomerase泰山学堂2013级生物取向郭雪莹领头链随从链55染色体脱氧核糖核酸的末端复制问题：染色体脱氧核糖核酸的末端复制问题：染色体脱氧核糖核酸的末端复制问题：染色体脱氧核糖核酸的末端复制问题： 3 3 3 3 5 5 5 55 5 5 53 3 3 3RNARNARNARNA引物引物引物引物 3 3 3 33 3 3 3RNARNARNARNA引物水解引物水解引物水解引物水解 即即即即DNADNADNADNA复制过程不能复制过程不能复制过程不能复制过程不能 自始至终自始至终自始至终自始至终 完整地复制整个线完整地复制整个线完整地复制整个线完整地复制整个线性染色体，而是每次都在其性染色体，而是每次都在其性染色体，而是每次都在其性染色体，而是每次都在其5555末端留下一个空缺未能填末端留下一个空缺未能填末端留下一个空缺未能填末端留下一个空缺未能填补（即补（即补（即补（即RNARNARNARNA引物降解），如果细胞没有办法添补这些空引物降解），如果细胞没有办法添补这些空引物降解），如果细胞没有办法添补这些空引物降解），如果细胞没有办法添补这些空隙，染色体隙，染色体隙，染色体隙，染色体DNADNADNADNA将随着每一次的细胞分裂而不断缩短，将随着每一次的细胞分裂而不断缩短，将随着每一次的细胞分裂而不断缩短，将随着每一次的细胞分裂而不断缩短，直至这种缺隙侵蚀到染色体的结构基因而使细胞消亡。

直至这种缺隙侵蚀到染色体的结构基因而使细胞消亡直至这种缺隙侵蚀到染色体的结构基因而使细胞消亡直至这种缺隙侵蚀到染色体的结构基因而使细胞消亡ElizabethBlackburnCarolGreiderJackSzostak在细胞分裂时的染色体在细胞分裂时的染色体如何完整地自我复制如何完整地自我复制如何受到保护以免于退化如何受到保护以免于退化1）端粒和端粒酶的定义2）二者的结构和功能3）合成端粒的机制4）在细胞衰老中的作用 1、端粒是染色体末端由重复DNA序列和相关蛋白组成的特殊结构，具有稳定染色体结构和完整性的功能 2、端粒酶是核蛋白逆转录酶，以自身RNA为模板，合成端粒DNA，将端粒DNA加至真核细胞染色体末端，为细胞持续分裂提供遗传基础端粒的结构和功能 由富含G和T的6碱基重复序列组成，结合一些蛋白质，构成染色体的“末端保护帽”没有游离的末端是染色体末端稳定的关键1978197819781978年首次发现四膜虫端粒的分子组成：年首次发现四膜虫端粒的分子组成：年首次发现四膜虫端粒的分子组成：年首次发现四膜虫端粒的分子组成： 端粒端粒端粒端粒 染色体染色体染色体染色体DNA DNA DNA DNA 端粒端粒端粒端粒n n n n（CCCCAACCCCAACCCCAACCCCAA）n n n n（GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT）3 35 5（TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG）n n n n（AACCCCAACCCCAACCCCAACCCC）n n n nn n n n（CCCTAACCCTAACCCTAACCCTAA）n n n n（GGGATTGGGATTGGGATTGGGATT）3 35 5（TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG）n n n n（AATCCCAATCCCAATCCCAATCCC）n n n n人端粒的分子组成：人端粒的分子组成：人端粒的分子组成：人端粒的分子组成：末端补齐机制：末端补齐机制：5GGGGTTGGGGTT（GGGGTTGGGGTT）n n端粒酶端粒酶端粒酶端粒酶5G-G配对回折35DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶 （1）端粒端粒T环环结构结构 (terminal loop) ，使，使染色体末端封闭起来，染色体末端封闭起来，免遭破坏；免遭破坏； （2）端粒端粒D环环结构结构(displacement loop) ，结合，结合TRF2等蛋白，等蛋白，阻止染色体末端融合阻止染色体末端融合和损伤反应。

和损伤反应端粒的结构特点GT链的5端3端，总是指向染色体的末端重复次数不保守链区内有缺口即游离的3-OH存在DNA的最末端不能进行末端标记，推测其分子是一个回折结构端粒末端回折结构端粒末端回折结构5533重复的重复的GGGGTTGGGGTT链链重复的重复的CCCCAACCCCAA链链5-CCCCAA5-CCCCAAOHOHCCCAACCCCAACCCCAACCCAACCCCAACCCCAAOHOHCCCAA-3CCCAA-33-GGGGTTGGGGTTGGGGTT3-GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT-GGGGTT-55端粒端粒 染色体染色体DNA DNA 端粒端粒端粒的作用稳定染色体末端结构；保持染色体DNA遗传信息复制的完整性，解决决DNA末端复制问题；与细胞衰老有关细胞愈年轻，端粒愈长；细胞愈老，端粒愈短端粒酶的结构由RNA组分和蛋白质组分组成 端粒酶的结构端粒酶的结构 端粒酶在结构上为一核糖核蛋白复合体端粒酶在结构上为一核糖核蛋白复合体, ,由由RNA RNA 和和结合的蛋白质组成结合的蛋白质组成, ,是是RNARNA依赖的依赖的DNA DNA 聚合酶。

聚合酶 它是一种特殊的能合成端粒它是一种特殊的能合成端粒DNADNA的酶的酶, ,通过明显的模通过明显的模板依赖方式每次添加一个核苷酸板依赖方式每次添加一个核苷酸 端粒酶实质上是一种特殊的逆转录酶端粒酶实质上是一种特殊的逆转录酶 端粒酶端粒酶RNA(hTRRNA(hTR) ) 端粒酶逆转录酶（端粒酶逆转录酶（h hTERTTERT） 端粒酶结合蛋白端粒酶结合蛋白（TEP） CAACCCCAA CAACCCCAA CAACCCCAA CAACCCCAACAACCCCAACAACCCCAA端粒酶RNA1 1 1 1）CAACCCCAACAACCCCAACAACCCCAACAACCCCAA结构，有碱基修饰结构，有碱基修饰结构，有碱基修饰结构，有碱基修饰2 2 2 2）反义）反义）反义）反义RNARNARNARNA封闭，能抑制酶活性封闭，能抑制酶活性封闭，能抑制酶活性封闭，能抑制酶活性反义反义RNARNA端粒酶结构包括部分：端粒酶(）；端粒酶催化亚单位（）端粒相关蛋白质（）另外，还有0，和等其中和是端粒酶最关键的结构的结构改变或成分的丢失均会影响端粒酶的活性为端粒酶的催化亚基，是一个包含个氨基酸残基的多态链。

具有逆转录酶的共同结构-个蛋白质域以及端粒酶催化亚基独特的框架保守区域其编码基因位于染色体上是端粒酶起作用的关键结构和主要调控亚单位，它可以通过逆转录模板序列，合成端粒重复序列并添加到染色体末端，从而延长端粒长度对端粒酶活性的表达，和两种组分缺一不可，但它们的表达调控应该是分离的在人的组织细胞中广泛表达，是一个普遍现象而只在有端粒酶活性的细胞中（如生殖细胞、各种具有分裂增殖能力的细胞和绝大多数肿瘤细胞）表达在端粒酶阴性的细胞中导入编码的基因，则可重建细胞的端粒酶活性，结果细胞的端粒增长，寿命延长的水平和蛋白表达水平则总是与端粒酶活性呈正相关端粒酶活性阳性细胞中的基因突变或沉默，则细胞端粒酶活性消长，老化过程延缓，甚至出现永生化现象端粒的结合或相关蛋白最重要的是人端粒重复序列结合因子,，和等和均专一性地与端粒重复序列结合对端粒的长度起负调控作用，可以在一定程度上抑制端粒酶在端粒末端的行为；则可以防止染色体末端相互融合，对维持端粒的正常结构必不可少其他相关蛋白则可与它们形成复合体，共同行使调控端粒的长度和保护端粒末端结构等功能作用 端粒帽端粒帽 染色体染色体DNA DNA 端粒帽端粒帽n n（CCCCAACCCCAA） （TTGGGGTTGGGG）n nn n（GGGGTTGGGGTT） （AACCCCAACCCC）n n3 35 5 端粒结合蛋白保护端粒不受核酸酶或化学修饰的作用保护端粒不受核酸酶或化学修饰的作用保护端粒不受核酸酶或化学修饰的作用保护端粒不受核酸酶或化学修饰的作用一般是紧密的非共价键结合一般是紧密的非共价键结合一般是紧密的非共价键结合一般是紧密的非共价键结合 端粒酶是在染色体末端不断合成端粒序列的酶，端粒酶是在染色体末端不断合成端粒序列的酶，它可以维持端粒的长度。

它可以维持端粒的长度它的活性不依赖于它的活性不依赖于DNA聚合酶，对聚合酶，对RNA酶、蛋白酶、蛋白酶和高温均敏感酶和高温均敏感端粒酶活性表达能稳定端粒的长度，抑制细胞的端粒酶活性表达能稳定端粒的长度，抑制细胞的衰老，在生殖细胞和干细胞中可检测到高水平的衰老，在生殖细胞和干细胞中可检测到高水平的端粒酶活性端粒酶活性 端粒酶端粒酶RNA(hTRRNA(hTR) )端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶（TERTTERT）端粒酶结合蛋白端粒酶结合蛋白（TEP）端粒酶端粒酶RNARNA是第一个被克隆的端粒酶是第一个被克隆的端粒酶组分端粒酶端粒酶RNARNA含有与同源端粒含有与同源端粒DNADNA序列序列TTAGGGTTAGGG的互补序列的互补序列, ,核糖核酸酶核糖核酸酶H H切割此模板区切割此模板区, ,能使体外消除端粒酶能使体外消除端粒酶延长端粒的功能延长端粒的功能人人类类TERTTERT（hTERThTERT）基因基因为为一一单单拷拷贝贝基因基因, ,定位于定位于5 5p15. 33 ,p15. 33 ,具有具有7 7个保守序列个保守序列结结构域构域单单元和端粒元和端粒酶酶特异性特异性结结构域构域单单元元T T。

破坏破坏TERT TERT 将消除端粒将消除端粒酶酶活性并致端粒活性并致端粒缩缩短TEP1TEP1、生存生存动动力神力神经细经细胞基因胞基因( (SMN) SMN) 产产物物、 hsp90hsp90 、 PinX1PinX1、 Est1p Est1p 和和Est3pEst3p 人类纤毛虫类端粒酶对端粒的作用Telomerase activity is repressed in somatic cells of Telomerase activity is repressed in somatic cells of multicelluarmulticelluar organisms resulting in a gradual organisms resulting in a gradual shortening of the chromosome with each cell shortening of the chromosome with each cell generation. As this shortening reaches informational generation. As this shortening reaches informational DNA, the cells senesce and die.DNA, the cells senesce and die. 细胞分裂细胞分裂 端粒阈值端粒阈值细胞停止分裂，走向死亡细胞停止分裂，走向死亡When telomerase activity is repressed端粒酶基因突变端粒酶基因突变端粒酶基因突变端粒酶基因突变导致端粒变短、导致端粒变短、导致端粒变短、导致端粒变短、细胞衰老细胞衰老细胞衰老细胞衰老培养细胞中端粒长培养细胞中端粒长培养细胞中端粒长培养细胞中端粒长度随分裂次数增多度随分裂次数增多度随分裂次数增多度随分裂次数增多而缩短而缩短而缩短而缩短端粒长度与细胞端粒长度与细胞端粒长度与细胞端粒长度与细胞的年龄呈负相关的年龄呈负相关的年龄呈负相关的年龄呈负相关端粒长度和细端粒长度和细端粒长度和细端粒长度和细胞分化程度呈胞分化程度呈胞分化程度呈胞分化程度呈反比反比反比反比EstlEstl突变体酵母活突变体。