让癌细胞“永生”的端粒酶也能保护健康细胞

[所属分类:新闻动态] [发布时间:2019-9-11] [发布人:] [阅读次数:] [返回]

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马里兰大学和美国国立卫生研究院的一项新研究揭示了端粒酶的新作用。

端粒酶(Telomerase)，在细胞中负责端粒的延长的一种酶，是基本的核蛋白逆转录酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端，把DNA复制损失的端粒填补起来，使端粒修复延长，可以让端粒不会因细胞分裂而有所损耗，使得细胞分裂的次数增加。端粒在不同物种细胞中对于保持染色体稳定性和细胞活性有重要作用，端粒酶能延长缩短端粒(缩短的端粒其细胞复制能力受限)，从而增强体外细胞的增殖能力。端粒酶在正常人体组织中的活性被抑制，在肿瘤中被重新激活，从而可能参与恶性转化。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。端粒酶的存在，就是把 DNA 复制的缺陷填补起来，即由把端粒修复延长，可以让端粒不会因细胞分裂而有所损耗，使得细胞分裂的次数增加。

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，这些必须不断分裂的细胞之中，才可以侦测到具有活性的端粒酶。当细胞分化成熟后，必须负责身体中各种不同组织的需求，各司其职，于是，端粒酶的活性就会渐渐的消失。对细胞来说，本身是否能持续分裂下去并不重要，而是分化成熟的细胞将背负更重大的使命，就是让组织器官运作，使生命延续。

端粒酶是一种由催化蛋白和RNA模板组成的酶，可合成染色体末端的DNA，赋予细胞复制的永生性。

端粒酶在正常组织中唯一已知的作用是保护某些经常分裂的细胞，如胚胎细胞，精子细胞，成体干细胞和免疫细胞。科学家认为端粒酶在所有其他细胞中被关闭，除了癌症肿瘤中，在癌细胞中，它能促进无限细胞分裂。

这项新研究发现可以使癌细胞“永生”的端粒酶也可以预防肿瘤，减缓正常细胞死亡的关键阶段。也就是说在衰老过程关键时刻，正常成体细胞中的端粒酶会重新激活，缓解细胞老化的压力，减少可能导致癌症的DNA损伤。

领导这一研究的是马里兰大学细胞生物学和分子遗传学副教授Kan Cao，她表示，“这项研究重塑了目前对端粒酶在正常细胞中功能的认识，我们的工作首次表明端粒酶在成体细胞中的作用超过了促进肿瘤形成的作用。我们现在可以说，在细胞生命周期的关键点，端粒酶活化起着重要的作用。”

端粒酶可防止端粒缩短，端粒是细胞染色体末端特有的DNA-蛋白质结构，可保护染色体免受损伤。当细胞大量分裂时，端粒酶在胚胎发育和干细胞分化过程中起着关键作用。在正常的成体细胞中，端粒酶被关闭，端粒随着每次细胞分裂而缩短，直到达到它们的临界长度。在关键的端粒长度，细胞停止分裂，死亡或引发导致恶性肿瘤的DNA损伤。

在这项新工作之前，科学家们认为大多数成体细胞中的端粒酶表达只能导致无限的细胞分裂，就像在癌症肿瘤中看到的那样。

Cao等人认为端粒酶可能在成年细胞中也发挥作用，他们观察到实验室与端粒缩短的同胞小鼠之间存在显著差异。小鼠是野生型小鼠和遗传修饰小鼠的后代，这些小鼠已经繁殖了许多代，没有产生端粒酶的能力。所有兄弟姐妹的端粒都异常短，但研究人员发现，没有遗传该基因从其野生型亲本产生端粒酶的小鼠表现出较短的寿命，会发生进行性组织萎缩和自发性癌症。

为了解正在发生的事情，Cao和她的同事比较了兄弟小鼠的皮肤细胞，发现虽然两种细胞系的端粒相对较短，但来自端粒酶缺陷小鼠的细胞停止分裂的速度更快，比其它小鼠细胞更多地发生恶性转化。

此外，研究人员发现，由于非端粒酶缺陷型小鼠的皮肤细胞接近关键端粒长度，它们会自然产生端粒酶突发，从而减缓端粒缩短过程，减少可能导致癌症的DNA损伤。这些结果表明，在细胞寿命结束时表达的端粒酶可以缓解衰老的影响，导致细胞逐渐死亡。

研究人员还发现，重新激活在端粒酶缺陷细胞中表达端粒酶的基因可以挽救它们，延长它们分裂和减少DNA损伤的能力。

为了确定他们在小鼠身上观察到的是否适用于人类，该团队对人体皮肤细胞进行了实验室研究。研究人员发现人类细胞在接近关键端粒长度时也表达了端粒酶。此外，不能表达端粒酶的人类皮肤细胞更快地达到关键的端粒长度，并且显示出比表达端粒酶的端粒长度更多的DNA损伤。

研究人员的下一步是找出端粒酶表达是如何在细胞接近关键端粒长度时开启的，并探索端粒酶作为缓冲端粒缩短应激的缓冲机制。