端粒和端粒酶是如何保護染色體的 ppt課件

1、2021年諾獎任務回想端粒和端粒酶是如何維護染色體的2021年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎Elizabeth H. BlackburnCarol W. GreiderJack W. SzostakThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021 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

2、enzyme telomerase端粒酶. 內(nèi)容提要內(nèi)容提要p端粒問題的提出pBlackburn與Szostak發(fā)現(xiàn)端粒能維護染色體末端pBlackburn與Greider發(fā)現(xiàn)催化端粒延伸的端粒酶p研討進展及開展方向p任務的艱苦價值端粒問題的提出端粒問題的提出p20世紀30年代，Hermann JMuller(1946年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎)發(fā)現(xiàn)被X射線打斷的果蠅染色體其末端存在一種特殊序列，該序列與常染色體相較極不穩(wěn)定。1938年，Muller在The Collecting Net上發(fā)表了一篇題為“The remarking of Chromosomes的演講稿，將染色體的游離端命名為端粒t

3、elomer。p“這種末端基因具有某種特殊的功能，即可以對染色體的末端起到封鎖(sealing)的作用，從某種意義上講，假設染色體的末端不被封鎖，染色體就不會繼續(xù)存在。p Muller HJ. The remarking of chromosomes. Collecting Net, 1938, 13: 181-198.p端粒問題一端粒問題一p19411941年，年，MullerMuller的結(jié)論的結(jié)論由由BarbaraBarbarapMcClintock(1983McClintock(1983年諾貝年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎爾生理學或醫(yī)學獎) )在玉在玉米中得到證明。米中得到證明。p染色體末端不

4、同于染色體末端不同于DNADNA斷斷端，它防止之間發(fā)生交端，它防止之間發(fā)生交融的特殊構造是什么？融的特殊構造是什么？p端粒問題二端粒問題二p1972年，年，James Watson(1962年諾貝爾年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎生理學或醫(yī)學獎)在討論在討論噬菌體噬菌體T7的的DNA復制時復制時指出，真核生物線性指出，真核生物線性DNA的復制始于內(nèi)部起的復制始于內(nèi)部起始點，以短鏈始點，以短鏈RNA分子分子作引物，沿作引物，沿53方向延方向延伸互補鏈。伸互補鏈。p真核生物線性真核生物線性DNA末端末端可以完好復制的機制是可以完好復制的機制是什么什么?Npg.Nature.vol.350.issue.631

5、9.Apr.1991前導鏈隨從鏈引物Blackburn與與Szostak發(fā)現(xiàn)端粒能發(fā)現(xiàn)端粒能維護染色體末端維護染色體末端p1975年，Blackburn檢測嗜熱四膜蟲編碼核糖體RNA的線性rDNA端粒序列p由核苷酸六聚體(CCCCAA/GGGGTT)n構成，n=2070p反復序列具有方向性，端粒的3端由(TTGGGG)n 構成(G鏈)，5端由(CCCCAA)n構成(C鏈)p反復序列具有不延續(xù)性p70s，Szostak在酵母中構建人工線性DNA分子研討染色體同源重組機制p用限制性內(nèi)切酶酶切環(huán)形質(zhì)粒時，存在“黏性末端，酶切后構成的線性DNA分子很快與酵母的染色體DNA發(fā)生同源重組，或很快被降解而不

6、能長時間穩(wěn)定存在DNA sequences of telomeres maintained in yeast，Nature.Vol.310. 12 July 1984熱四膜蟲rDNA一個長15kb、含有端粒的末端片段，銜接到酵母環(huán)狀質(zhì)粒酶切后構成的線性分子兩端，構成一個全新的線性DNA分子。Blackburn與與Greider發(fā)現(xiàn)催化端發(fā)現(xiàn)催化端粒延伸的端粒酶粒延伸的端粒酶pBlackburn和Szostak的實驗證明了端粒在物種進化中的保守性以及其維護染色體穩(wěn)定性的重要功能。p端粒的復制問題？p科學家們試圖用多種模型來解釋，包括同源重組或轉(zhuǎn)座作用、回文構造或發(fā)卡構造等，也有科學家想象存在一種

7、全新的酶催化合成端粒。p1984年，Greider在Blackburn的指點下共同研討端粒的復制問題。p 想象p存在一種特殊類型的轉(zhuǎn)移酶能沿35方向先將G鏈延伸，再以此為模板合成互補的C鏈，這樣就保證了子代DNA鏈5端的完好性。p她們用一段合成的端粒作為底物，參與嗜熱四膜蟲的無細胞浸出物中，并混合了-32P-dGTP、dATP、dTTP、dCTP，孵育一段時間后將產(chǎn)物進展凝膠電泳分析。Identification of a Specific Telomere Terminal Transferase Activity in Tetrahymena Extracts Cell, Volume 4

8、3, 405-413, 1 December 1985p結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DNA寡聚體的延伸是以6堿基序列反復相加來完成的，闡明了確實存在一種此前未知的酶來催化端粒特有的反復序列延伸。p為了排除這種延伸是由知的DNA聚合酶以四膜蟲本身染色體上(CCCCAA)n序列為模板完成的，她們用微球菌核酸酶破壞無細胞浸出物中四膜蟲本身染色體上的(CCCCAA)n序列，但上述過程依然存在。p另外，嗜熱四膜蟲中的這種轉(zhuǎn)移酶還能催化(TTGGGG)疊加到酵母端粒反復序列構成的引物上，這闡明此轉(zhuǎn)移酶同樣具有進化上的保守性。但其對隨機序列的DNA底物不延伸，并且該活性不依賴于DNA聚合酶。p端粒酶(telomerase)由

9、RNA和蛋白質(zhì)構成的核蛋白復合體p端粒酶以其上的RNA片段為模板合成端粒p克隆嗜熱四膜蟲端粒酶上一段159bp長的RNA片段(159 RNA)，該片段上含有(CAACCCCAA)序列，假設設法干擾這一段序列，那么端粒酶將無法正常任務。p1990年，Blackburn實驗室將這段序列突變，結(jié)果合成的端粒序列隨之變化，且與之互補。A telomeric sequence in the RNA of Tetrahymenatelomerase required for telomere repeat synthesisNpg.Nature.vol.337.issue.6205.Jan.1989研討進

10、展及開展方向研討進展及開展方向p哺乳動物端粒序列p哺乳動物端粒的反復序列為(TTAGGGAATCCC)，其中G鏈3端是一段單鏈的懸突，C鏈5端以序列(ATC)終了。p雙環(huán)構造Mammalian Telomeres End in a Large Duplex LoopCell, Vol. 97, 503514, May 14, 2019p蛋白質(zhì)復合體shelterinp維護染色體末端不發(fā)生交融發(fā)揚關鍵作用p2019年，Joachim Lingner等p端粒酶是一種特殊類型的逆轉(zhuǎn)錄酶，其能以本身含有的RNA為模板，延伸染色體的端粒，保證染色體末端復制的完好。Genes Dev. 2019 19 2100-2110n細胞永生化導致癌癥構成，而且重新具備在發(fā)育中的胚胎細胞的關鍵功能：端粒長度不縮短。nJoachim Lingner實驗室鑒定出三個蛋白銜接在一同構成的稱作CST的蛋白復合物，然后附著到端粒上。CST阻止端粒酶在端粒上發(fā)揚作用，但在癌細胞中，它們參與的時間太晚。Nature.Vol.488.23 August 2019任務的艱苦價值任務的艱苦價值Blackburn、Greider和Szostak三位科學家有關端粒和端粒酶的開創(chuàng)性任務，以及后續(xù)的研討進展，對醫(yī)學領域中的腫瘤和一些