端粒健康與端粒檢測(cè)

楊梅

【摘 要】端粒作為一種真核生物的標(biāo)志物，保持其正常的形態(tài)功能關(guān)系到了生長(zhǎng)，健康，繁殖等人類的各項(xiàng)生理生化活動(dòng)。但人們對(duì)端粒的研究并不深入，目前還有很多方方面面的端粒領(lǐng)域是人類無(wú)法觸及的，研究檢測(cè)端粒，是人類歷史上一個(gè)不了避免的趨勢(shì)

【關(guān)鍵詞】端粒；端粒酶；疾?。粰z測(cè)

端粒是染色體上最末端的部分，具有對(duì)染色體的保護(hù)作用，能夠防止染色體在復(fù)制與互換的過(guò)程中變短，維持基因環(huán)境的穩(wěn)定，保證表達(dá)產(chǎn)物的正常性，端粒的本質(zhì)屬于染色體，是染色體末端3'的一段富含G鳥嘌呤的DNA重復(fù)序列加上蛋白質(zhì)結(jié)合形成的核蛋白復(fù)合物。端粒是廣泛的存在于真核細(xì)胞中的，并且具有特殊的功能，維持真核生物的健康生長(zhǎng)代謝。

1.1端粒的構(gòu)成

端粒在不同物種的動(dòng)物中存在，其DNA的排列順序自然不同，即使在同物種中也存在變異，在個(gè)體的不同細(xì)胞中，端粒的長(zhǎng)度也是不一樣的。端粒的重復(fù)單位，大多數(shù)長(zhǎng)為5-8bp，其一般會(huì)比互補(bǔ)鏈長(zhǎng)度突出12-16個(gè)核苷酸的距離。人的端粒由5'TTAGGG3'的重復(fù)單位構(gòu)成，長(zhǎng)度在5-15kb的范圍內(nèi)，迄今為止只有少數(shù)的生物中確定出了端粒的結(jié)構(gòu)與工能的保守性，但可以推測(cè)出來(lái)這種結(jié)構(gòu)與功能的保守行可能適用于普遍的微生物。

1.2端粒的意義

端粒在一定程度上具有保護(hù)作用，能夠有效的保護(hù)染色體末端，防止染色體復(fù)制時(shí)末端的丟失而引起的一系列問(wèn)題，同時(shí)端粒也決定了細(xì)胞的壽命，固定了染色體的位置

1.3端粒的長(zhǎng)度

端粒的長(zhǎng)度在不同細(xì)胞中表現(xiàn)不一樣，并且在同種生物中的不同細(xì)胞中也存在著差異，主要是生殖細(xì)胞中端粒的長(zhǎng)度大于體細(xì)胞，體外培養(yǎng)的細(xì)胞的在一定程度上長(zhǎng)度隨著細(xì)胞的逐代相傳而縮短，每復(fù)制一代，有將近50-200nt的端粒丟失，當(dāng)端粒丟失到一定的程度時(shí)細(xì)胞隨之會(huì)發(fā)生衰老與死亡，因此通過(guò)預(yù)測(cè)端粒的長(zhǎng)度可以來(lái)預(yù)測(cè)細(xì)胞的壽命。人的細(xì)胞端粒的長(zhǎng)度長(zhǎng)短不一，而且存在個(gè)體差異，但是隨著年齡的增長(zhǎng)，端粒每年減少15-40nt，最終使衰老細(xì)胞死亡，而在生殖細(xì)胞中端粒并不會(huì)由于生長(zhǎng)分裂而導(dǎo)致長(zhǎng)度減短，因此生殖細(xì)胞具有近似于無(wú)限的增殖能力，這是由于端粒酶的作用，端粒酶在漫長(zhǎng)的進(jìn)化中由胚胎期的活性逐漸關(guān)閉，而當(dāng)某些細(xì)胞染色體端粒中逐漸減少時(shí)會(huì)發(fā)生眾多的變異，有少數(shù)變異會(huì)導(dǎo)致端粒酶被直接激活，使端粒長(zhǎng)度恢復(fù)到原始長(zhǎng)度，細(xì)胞具有增殖和存活的不死性。

1.4端粒酶的構(gòu)成

端粒酶由端粒酶RNA（TR），端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（TERT），端粒酶催化亞基這3個(gè)單位組成，其中以端粒酶RNA與端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶最為重要，端粒酶RNA是端粒序列（TTAGGG）的合成模板，對(duì)于端粒酶發(fā)揮作用生成端粒有十分重要的聯(lián)系。而端粒逆轉(zhuǎn)錄酶又由四個(gè)分別掌管N端連接，羧基延伸，RNA結(jié)合，反轉(zhuǎn)錄控制的功能元件構(gòu)成。每個(gè)物種的端粒酶RNA都有大大小小的不同，但總的是由結(jié)點(diǎn)，模板翻譯處與模版邊界3部分共同構(gòu)成。

1.5端粒酶的功能

端粒酶使RNA引物與DNA末端相結(jié)合，在酶的催化下發(fā)生逆轉(zhuǎn)錄，當(dāng)逆轉(zhuǎn)錄完成后，DNA末端發(fā)生動(dòng)態(tài)移位，然后開始下一輪的識(shí)別與逆轉(zhuǎn)錄，最后完成轉(zhuǎn)錄離開端粒酶。

2.1端粒與疾病的產(chǎn)生

端粒在隨著細(xì)胞的不斷增殖分化，會(huì)呈現(xiàn)越來(lái)越短的現(xiàn)象，而細(xì)胞的衰老可能與端粒的變短有關(guān)，因?yàn)槎肆５淖兌?，?xì)胞開始無(wú)法維持正常的生理機(jī)能，不能以正常形態(tài)存在甚至出現(xiàn)基因突變頻率升高的現(xiàn)象，最終結(jié)果將會(huì)是導(dǎo)致各種疾病的產(chǎn)生

2.2端粒與人體衰老

衰老分復(fù)制性衰老與基因填控的衰老，在衰老的過(guò)程中第一種衰老由于復(fù)制能力的缺乏引起的，而第二種衰老則是由于基因程序性表達(dá)產(chǎn)生的。經(jīng)過(guò)87例19-77歲不同年齡人中的研究，發(fā)現(xiàn)人體中普遍白細(xì)胞的端粒最短，而肌纖維的端粒最長(zhǎng)，在幼兒的成長(zhǎng)過(guò)程中，由于端粒酶的存在，端粒是不會(huì)縮短的，所以科學(xué)家們推測(cè)端粒在各個(gè)體細(xì)胞中的長(zhǎng)度不同是由于端粒酶在不同細(xì)胞內(nèi)的選擇表達(dá)差異性引起的。而當(dāng)人成年后，除生殖細(xì)胞哪種細(xì)胞，其增殖的數(shù)率是相近的，所以其端粒的縮短速率也是相近的，端粒的這個(gè)特性正是人們所說(shuō)衰老是從18歲成年開始的依據(jù)之一，在衰老的給過(guò)程中，可以通過(guò)端粒的縮短速率來(lái)判斷細(xì)胞的衰老程度。

2.3端粒與生殖繁衍

在生殖細(xì)胞中。為了維持基因的穩(wěn)定性，在增殖的過(guò)程中端粒酶會(huì)作用保證生殖細(xì)胞的穩(wěn)定性，而當(dāng)患者患上某種疾病或基因出現(xiàn)缺陷問(wèn)題時(shí)，影響到了生殖細(xì)胞中端粒長(zhǎng)度變短，在長(zhǎng)度降低到1T/S時(shí)，便會(huì)引發(fā)生殖性障礙，在端粒減短時(shí)會(huì)造成各種不良反應(yīng)，如染色體易斷裂，精子減數(shù)分裂過(guò)程中聯(lián)會(huì)分離錯(cuò)誤，發(fā)生形成受阻現(xiàn)象，或者染色體功能異常，直接導(dǎo)致生殖細(xì)胞凋亡，最終導(dǎo)致精子數(shù)量降低，活性變?nèi)酢?/p>

3.1端粒與端粒酶的研究與測(cè)定

在細(xì)胞中，端粒酶與端粒的量十分微小，很難從微小的細(xì)胞中提取大量的端粒與端粒酶進(jìn)行研究，因此必須采用一些全新的技術(shù)來(lái)了解端粒與端粒酶，去解決科學(xué)遇到的困難，促進(jìn)端粒與端粒酶的研究進(jìn)程。

3.2單分子熒光技術(shù)檢測(cè)法

單分子熒光技術(shù)與單分子操縱技術(shù)共稱為兩項(xiàng)單分子技術(shù)，與常用的單分子檢測(cè)不同的是，它的靈敏率更高，而且空間分辨率也十分出色，甚至可以達(dá)到納米級(jí)別，在應(yīng)對(duì)端粒與端粒酶這種劑量少，濃度低的情況時(shí)有相當(dāng)?shù)拿钣?，可以通過(guò)電腦來(lái)對(duì)分子的軌跡進(jìn)行記錄，無(wú)需過(guò)多的精力，除了分子動(dòng)力學(xué)因素的干擾外，其它均不是明顯的問(wèn)題，常用的單分子熒光技術(shù)為熒光雙色相應(yīng)檢測(cè)技術(shù)，是由一個(gè)DNA分子團(tuán)上標(biāo)記的有兩個(gè)不同的熒光因子團(tuán)，通過(guò)雪崩光電二級(jí)管對(duì)分子進(jìn)行檢測(cè)，然后兩部分的光線進(jìn)行重疊，極大的提高了靈敏力，能夠清晰的觀察雙熒光標(biāo)記的DNA分子的結(jié)構(gòu)變化，對(duì)端粒與酶的檢測(cè)具有重要進(jìn)步意義

3.3鈉米金-Nafion修飾電極電化學(xué)阻法

鈉米金-Nafion修飾電極電化學(xué)阻抗測(cè)定人的端粒DNA是一種數(shù)學(xué)～物理模型的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)量的方法，不同于單分子熒光技術(shù)的直觀性，它通過(guò)了頻響函數(shù)值的方法進(jìn)行測(cè)量與計(jì)算，期間也通過(guò)了構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法來(lái)輔助計(jì)算，出了動(dòng)用大量的數(shù)據(jù)支持外，它具有靈敏性高，并且不需要熒光標(biāo)記操作的影響的優(yōu)勢(shì)，而且它不破壞被測(cè)試物的活性，保證了測(cè)試有更好的結(jié)果。

3.4 DNA印跡法測(cè)端粒長(zhǎng)度

DNA印跡法由southern于1975年建立，顧名思義，即用復(fù)印一樣的技術(shù)，比較準(zhǔn)確的保持了研究的DNA在電泳圖譜中的位置，不但可以檢測(cè)出特異的DNA分子片段，還能夠檢測(cè)定位測(cè)量分子量，通過(guò)橫豎坐標(biāo)的方式，以已知DNA為參照物1進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制，由該實(shí)驗(yàn)可以分辨近150個(gè)堿基對(duì)（bp），最大的缺點(diǎn)就是實(shí)驗(yàn)品的要求較高，為沒(méi)有斷裂的優(yōu)品質(zhì)DNA，并且實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)需要耗費(fèi)5-7天的時(shí)間。

4.1小結(jié)

端粒的存在對(duì)我們的生活有很多影響，有利有弊，我們應(yīng)該更多的去應(yīng)用它有利的一面，如抗衰老，延長(zhǎng)壽命等，盡全力為人類的生存謀福利。

【參考文獻(xiàn)】

[1]范宵.單分子熒光技術(shù)在端粒和端粒酶研究中的應(yīng)用[J]. progress in chemistry， 2014 ，26（12）：1987-1996.

[2]劉俊平.衰老及相關(guān)疾病細(xì)胞分子機(jī)制研究進(jìn)展[J]. progress in Biochemistry and Biophysics，2009，36（10） ：1233-1238.

[3]劉舒媛，張昌軍，彭海英，黃小琴，孫浩，林克勤，黃鎧，諸家祐，楊昭慶.精子端粒長(zhǎng)度與特發(fā)性男性不孕相關(guān)[J].遺傳Hereiates， 2015，37（11）：1137-1142.

[4]翁鈺璟，李恭楚，田曉平，劉紅彥，劉莉，劉小川.人端粒酶RNA突變對(duì)HeLa細(xì)胞作用[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（1）.

[5]孫福強(qiáng).微波輔助金屬卟啉化合物的合成及其與c-myc G4 DNA的分子識(shí)別[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2014.