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1、2002年9月扬州教育学院学报Sept.2002第20卷第3期JournalofYangzhouCollegeofEducationVol.20,No.3DNA的端粒及其复制郭海学(扬州教育学院生化系,江苏扬州225002)摘要:端粒存在于真核生物染色体线形DNA末端,由富含G和T的DNA短重复序列和端粒结合蛋白组成。端粒能保护染色体末端免遭降解和逐次缩短。端粒的复制是由端粒酶控制的。关键词:端粒;端粒酶;端粒复制中图分类号:Q523文献标识码:A文章编号:1008-6536-(2002)03-0036-03真核生物染
2、色体线形DNA分子两端都有一段特殊的结构称为端粒(telomere),它是由许多简单短重复序列和端粒结合蛋白(telomereend-bindingprotein,TEBP)组成。经研究发现,细胞分裂30)40次后,在多种因子参与下,端粒酶被激活,对端粒进行复制,使DNA末端维持恒定。端粒的稳定[1]与细胞的增殖、分化、衰老和癌变密切相关。由于某些外源和内源因素能损伤端粒DNA,而端粒酶能维持端粒的长度,因此根据两者的关系可以设计开发新型的抗癌药物和抗衰老措施。1端粒结构端粒是真核细胞染色体线形DNA分子末端具特殊结构
3、的序列。它是一段十分简单、多次重复的DNA序列和端粒结合蛋白组成。序列的主要特征是富含G和T,如人和其他脊椎动物的端粒重复单位为AGGGTT;四膜虫的重复单位为GGGGTT和GGGGTTTT等,它们多次重复长度可达几百到几千碱基对。端粒DNA的序列具有一定的取向特征,即在双链DNA末端,富含G的一股链总是由5c向3c末端延伸,并比互补的富含C链长12)16个核苷图1真核染色体的端粒酸[2](图1)。图下面表示染色体末端的端粒蛋白(空白和真核生物染色体末端的端粒结构,由于富含G,斜线标出的椭园形)和核小体(空白圆圈)。且
4、在3c末端形成一段单链突出序列,因此在正常生理条件下,可通过G)G间非标准配对,在突出的3c端形成分子内G)四联体(四股螺旋结构),也可以由两个DNA分子或染色体彼此连接成一个[3]局部的分子间四联体(图2)。收稿日期:2002-06-18作者简介:郭海学(1947)),女,江苏涟水人,扬州教育学院生化系副教授。362端粒的复制DNA复制需要引物,但在真核线形DNA分子末端,当以3c端为模板合成前导链的引物被切除后,作为模板的3c端就无法通过正常机制复制互补链,致使互补链的5c端就留下一个缺[2]口。如无特殊机制合成末
5、端序列,染色体就会在细胞传代中变得越来越短,这就是/末端复制问题(theendreplicationproblem0)。当末端缩短到只剩下5)7bp时,细胞就不再分裂,表现出衰老。现经研究知道,真核DNA末端的复制图2G)四联体螺旋结构是由端粒酶催化的。(a)分子内四联体螺旋(b)双分子间四联体螺旋211端粒酶(c)两个DNA分子或染色体末端连接起来而形成局端粒酶是一种由蛋白质和RNA组成的核糖部四螺旋结构。核蛋白体,或称端粒结合蛋白(TEBP),TEBP可特异地识别并结合在DNA末端。TEBP的结合,既需要端粒双链部
6、分的正向重复序列,又需要3c末端的单链序列。TEBP对端粒具保护作用,保护了大约100bp的双链末端和16bp的单链尾巴。端粒酶中的RNA大约有150个核苷酸,由富含C和A的重复序列CxAy(x、y大约在1)4范围)[4]组成。RNA与端粒中富含G、T的一股链互补,经碱基配对呈杂交结合状态,使端粒酶结合在DNA末端。[4]端粒酶中的蛋白质部分是由两种蛋白质构成,它实际上是一种逆转录酶,当复制DNA末端时,它能以端粒酶中RNA为模板,经逆转录作用合成互补的DAN片段。212端粒的复制通过对四膜虫DNA端粒合成的研究发现,
7、当DNA端粒复制时,端粒酶催化逆向转录作用,以酶中的RNA为模板,端粒的单链3c)OH为引物,不断进行反转录合成,延伸3c)OH端单链。在合成一个拷贝的重复序列后,新合成的TG链回折并借非标准碱基配对(G)G)形成发夹结构,从而调整了端粒酶的位置,使逆转录能继续下去。当3c)OH单链延伸到一定长度,3c)OH端作180b回转,这时3c)OH单链又作为DNA聚合酶的引物,再以DNA中富含G、T链为模板,合成互补的富含C、A的DNA片段,以填补在DNA末端复制时,因RNA引物被水解后留[4]下的空隙。最后在新合成的DNA5
8、c端切去12)16个核苷酸,形图3端粒合成的一种模型图4端粒合成的完成成完整的DNA末端结构(图3、4)。37213端粒酶的激活通过对小鼠肿瘤细胞的研究,了解到端粒酶的激活一般发生在进行了30)40次分裂的细胞[6]中,因此可以推知,在体内生理条件下,端粒酶的激活,并不是在端粒缩短到极限后才发生。进一[5]步研究发现,体内许多因素
