美國研究人員發(fā)現(xiàn)，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(jié)構(gòu)，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)育和干細胞分化過程中起著至關(guān)重要的作用。在正常的成年細胞中，端粒酶被關(guān)閉，端粒隨著每一次細胞分裂而縮短，直到達到一個臨界長度。在臨界的端粒長度，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，端粒酶可以促進細胞無限分裂。然而，近日美國馬里蘭大學（UMD）和美國國立衛(wèi)生研究院的一項新研究對端粒酶的功能提出了新見解。
這項新研究發(fā)現(xiàn)，端粒酶在正常成年細胞衰老過程中的一個臨界點會重新激活。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細胞生物學和分子遺傳學副教授Kan Cao說，“我們的研究首次表明，端粒酶在成年細胞中除了促進腫瘤形成外，還有其他作用——端粒酶在細胞生命周期的關(guān)鍵時刻被調(diào)控激活，發(fā)揮著重要作用。”
成也端粒酶，敗也端粒酶
這一發(fā)現(xiàn)是基于Cao和她的同事們在實驗室中觀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(jù)了解，這些小鼠是野生型小鼠和轉(zhuǎn)基因小鼠的后代，這些小鼠經(jīng)過許多代的繁殖，沒有能力產(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(xiàn)，沒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(xiàn)盡管兩個細胞系都有相對短的端粒，但來自端粒酶缺陷小鼠的細胞停止分裂的速度更快，并且比來自兄弟姐妹的細胞更多地發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。
更重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，當非端粒酶缺陷小鼠的皮膚細胞接近臨界端粒長度時，它們自發(fā)產(chǎn)生端粒酶的爆發(fā)，這減緩了端?？s短的過程，并減少了可能導致癌癥的DNA損傷量。Cao教授解釋說，這些結(jié)果表明，端粒酶在細胞壽命接近尾聲時表達，可以減輕衰老帶來的沖擊，導致細胞的逐漸死亡。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，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，延長它們的分裂能力，減少DNA損傷。
為了驗證這一發(fā)現(xiàn)是否適用于人類，研究小組對人類皮膚細胞進行了實驗室研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人類細胞在接近臨界端粒長度時也會表達端粒酶。此外，無法表達端粒酶的人類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度，并顯示出明顯更多的DNA損傷。
Cao說，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度時是如何表達的，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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