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端粒与端粒酶保护染色体的解读 李苗
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“ 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获得者
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摘要： 端粒是染色体末端的特殊结构，对染色体有保 护作用，端粒酶能合成端粒，使得端粒的长度和结构 得以稳定。通过合作和实验，不断进行猜想和验证， 发现了端粒和端粒酶的活性与细胞衰老及各种疾病的 关系。这将有助于攻克医疗领域的 “ 癌症，特定遗传 病和衰老 ” 三个方面的难题 ，有望提供新疗法。
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确立科研课题：发现问题 获取科学事实：研究基础 提出科学假说：科学抽象 理论实验检验：假说验证 建立科学体系：知识创新
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发现问题 ： 1 、染色体片段的重排不会发生在染色体游离端与 游离端或者游离端与断端之间。 2 、 DNA 复制时随从链末端的复制是完整的。 染色体重排导致缺失、重 复、易位等现象 DNA 的复制的完整性
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研究成果 ： 基本认识：染色体末端不同于 DNA 断端。 1 、 Muller 设想端粒是一种末端基因，指出 “ 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。 ” 2 、 DNA 末端的结构可以完成复制。
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工作基础： 嗜热四膜虫 (Tetrahymenather-mophila) 编码核糖 体 RNA 的线性 rDNA 分子的端粒序列，结果表明是 由核苷酸六聚体 (CCCCAA ／ GGGGTT) 连续重复构成； 端粒重复序列具有方向性. 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。因此，如何使线性质粒分 子在酵母细胞核内稳定存在并进行复制，便成为 Szostak 实验室亟待解决的一个难题。
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思想的碰撞和交流： 学术交流会议 —— 戈登会议，两位科学家的思 想发生了碰撞，产生了新的灵感。 提高线性染色体的稳定性成为科学家共同讨论 的问题。
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实验过程 ： 提高线性酵母 DNA 分子稳定性的方法 嗜热四膜虫 rDNA 含有端粒的末端片段 酵母环状质粒酶切后形成的线性分子 全新的线性 DNA 分子 转移到酵母细胞中 稳定存在并且进行复制
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提出设想： 设想存在一种特殊类型的转移酶 (transferase) 能沿 3’ 端方向先将模板链延长， 再以此为模板合成互补链，这样就保证了子代 DNA 链 5’ 端的完整性。 对 DNA 复制过程的讨论：
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实验过程： 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 (cell free extract) 中，并混合了 α-32P-dGTP 与 dATP 、 dTTP 、 dCTP ，孵育一段时 间后将产物进行凝胶电泳分析。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。 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的 (CCCCAA) 序列为模板完成的。 结论：存在一种此前未知的酶来催化端粒特有的重复序列延伸，这种 酶被命名为端粒酶。
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探讨 ： 端粒酶是以什么为模板延长端粒的？ 进展成果：转移酶是一种由 RNA 和蛋白质构成的核蛋白 (ribonucleoprotein ， RNP) 复合体。 实验：克隆了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。这说 明端粒酶可能以此为模板来延长端粒。 再次验证：这段序列突变，结果合成的端粒序列随之变 化，且与之互补。 结论：充分说明端粒酶是以其上的 RNA 片段为模板来合 成端粒的。
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蛋白质 端粒酶上 RNA 序列 端粒 DNA 端粒酶合成端粒过程
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端粒酶合成端粒模型 后随链
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现在对端粒和端粒酶的研究进展： 端粒的结构：
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端粒酶的结构模型： 逆转录酶，即催化 亚基 端粒酶 RNA
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端粒酶催化亚单位模型图：
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端粒和端粒酶与细胞衰老： 端粒的重要作用之一是保护染色体末端不发生融合 端粒的另一个重要作用是能阻止细胞对染色体末端 的 DNA 损伤反应 端粒酶：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。
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总结： 选题方面：研究的需要 实验过程方面： 设计实验 —— 严密，验证性实验，系统论方法 合作与交流：信息论的观点
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端粒和端粒酶的发现在医学领域的价值 肿瘤：端粒酶便成为区别肿瘤细胞与正常细胞的关键物质，成为肿瘤诊断 的标志性物质，也成为抗肿瘤药物的靶点。 遗传性疾病 : 某些基因编码的蛋白参与构成端粒和端粒酶的结构，而这些 基因发生基因突变时，端粒和端粒酶的功能受到影响，促使某些器官早衰， 从而引起疾病。这些遗传病机理的认识，对治疗提供了新的思路。
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亟待解决的问题 端粒与端粒保护蛋白质之间是如何相 互协调从而维持端粒的结构；究竟是由于 端粒缩短到一定程度还是某些特异的末端 结构导致染色体的不稳定性；正常的发育 过程中端粒酶是如何调控，而在肿瘤细胞 中又是怎样被激活的。
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端粒与细胞衰老的关系？ 端粒的缩短会引起细胞的衰 老的作用机制是什么？
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