美國研究人員發(fā)現，端粒酶可以使癌細胞“永生”，它還可以預防腫瘤，減緩正常細胞死亡的關(guān)鍵階段。
端粒是位于細胞染色體末端的一種特殊的DNA蛋白結構，可以保護染色體免受損傷，端粒酶可以阻止端粒的縮短。端粒酶在胚胎發(fā)育和干細胞分化過(guò)程中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。在正常的成年細胞中，端粒酶被關(guān)閉，端粒隨著(zhù)每一次細胞分裂而縮短，直到達到一個(gè)臨界長(cháng)度。在臨界的端粒長(cháng)度，細胞停止分裂、死亡或經(jīng)歷DNA損傷，可能導致惡性腫瘤。
在此之前，科學(xué)家們認為，端粒酶在所有其他細胞中都是關(guān)閉的，除了在惡性腫瘤中，端粒酶可以促進(jìn)細胞無(wú)限分裂。然而，近日美國馬里蘭大學(xué)（UMD）和美國國立衛生研究院的一項新研究對端粒酶的功能提出了新見(jiàn)解。
這項新研究發(fā)現，端粒酶在正常成年細胞衰老過(guò)程中的一個(gè)臨界點(diǎn)會(huì )重新激活。在細胞死亡之前，端粒酶的爆發(fā)緩解了細胞衰老的壓力，減緩了衰老的進(jìn)程，減少了可能導致癌癥的DNA損傷。這項研究發(fā)表在2019年9月2日的《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。
“這項研究重塑了目前對端粒酶在正常細胞中功能的理解，”該研究的高級作者、UMD細胞生物學(xué)和分子遺傳學(xué)副教授Kan Cao說(shuō)，“我們的研究首次表明，端粒酶在成年細胞中除了促進(jìn)腫瘤形成外，還有其他作用——端粒酶在細胞生命周期的關(guān)鍵時(shí)刻被調控激活，發(fā)揮著(zhù)重要作用。”
成也端粒酶，敗也端粒酶
這一發(fā)現是基于Cao和她的同事們在實(shí)驗室中觀(guān)察到端粒縮短的同胞小鼠之間的巨大差異，她們懷疑端粒酶可能在成年細胞中起作用。據了解，這些小鼠是野生型小鼠和轉基因小鼠的后代，這些小鼠經(jīng)過(guò)許多代的繁殖，沒(méi)有能力產(chǎn)生端粒酶。所有的兄弟姐妹的端粒都異常短，但研究人員發(fā)現，沒(méi)有從野生型父母那里繼承產(chǎn)生端粒酶基因的小鼠，壽命更短、組織萎縮、并患有自發(fā)性癌癥。
Cao和她的同事們比較了小鼠及其兄弟姐妹的皮膚細胞，發(fā)現盡管兩個(gè)細胞系都有相對短的端粒，但來(lái)自端粒酶缺陷小鼠的細胞停止分裂的速度更快，并且比來(lái)自兄弟姐妹的細胞更多地發(fā)生惡性轉化。
更重要的是，研究人員發(fā)現，當非端粒酶缺陷小鼠的皮膚細胞接近臨界端粒長(cháng)度時(shí)，它們自發(fā)產(chǎn)生端粒酶的爆發(fā)，這減緩了端粒縮短的過(guò)程，并減少了可能導致癌癥的DNA損傷量。Cao教授解釋說(shuō)，這些結果表明，端粒酶在細胞壽命接近尾聲時(shí)表達，可以減輕衰老帶來(lái)的沖擊，導致細胞的逐漸死亡。
研究人員還發(fā)現，重新激活端粒酶缺陷細胞中表達端粒酶的基因可以拯救這些小鼠，延長(cháng)它們的分裂能力，減少DNA損傷。
為了驗證這一發(fā)現是否適用于人類(lèi)，研究小組對人類(lèi)皮膚細胞進(jìn)行了實(shí)驗室研究。結果發(fā)現，人類(lèi)細胞在接近臨界端粒長(cháng)度時(shí)也會(huì )表達端粒酶。此外，無(wú)法表達端粒酶的人類(lèi)皮膚細胞比表達端粒酶的皮膚細胞更快地達到臨界端粒長(cháng)度，并顯示出明顯更多的DNA損傷。
Cao說(shuō)，研究人員的下一步工作是找出端粒酶在細胞接近臨界端粒長(cháng)度時(shí)是如何表達的，并探索端粒酶作為緩沖端粒縮短壓力的潛在機制。
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