中科院動物研究所、武漢大學的研究人員在11月26日的美國《國家科學院院刊》(PNAS)雜志上發表了一項科研成果,他們在新研究中發現了一種新型端粒和端粒酶相互作用蛋白,證實其具有解開端粒G-quadruplex,促進哺乳動物細胞中端粒延伸的功能。
中科院動物研究所的譚錚(Zheng Tan)研究員和武漢大學的趙勇(Yong Zhao)博士為這篇論文的共同通訊作者。前者的主要研究興趣是端粒功能與細胞衰老的機制,采用生物化學,生物物理和細胞生物學的手段研究染色體端粒DNA結構與功能,端粒損傷和復制機理,端粒結合蛋白,端粒細胞分裂控制與細胞復制性衰老。
端粒(omere)是染色體末端的重復DNA序列,組成為(TTAGGG)n,是細胞核膜的重要組分。端粒在人細胞中長度約為幾千到一兩萬堿基對,它防止細胞將天然染色體末端識別為染色體斷裂,起著保護和穩定染色體的作用。在細胞分裂過程中,由于DNA的半保留復制是不*的復制,每一次DNA復制后染色體末端要丟失一段端粒DNA序列。如果沒有補償,端粒會隨著細胞分裂變得越來越短。當端粒變得太短時,細胞將失去分裂能力。端粒長度的維持是細胞持續分裂的前提條件。
端粒縮短可端粒酶延伸端粒DNA而得到補償。端粒酶是一種由蛋白質和RNA組成的核糖核酸蛋白復合物,能夠與自身攜帶的RNA模板合成端粒重復DNA序列,加到端粒末端而維持端粒的長度,抵消或者延緩端粒長度的不斷縮短,從而維持染色體的穩定及細胞的活力。除了雙鏈外,端粒DNA可以形成G-quadruplex結構,并以此調節控制與端粒相關的生物學功能。端粒的丟失,延伸,復制,長度平衡與細胞分裂增殖,衰老,癌變和個體生長發育,衰老密切相關,同時也是干預衰老和防治癌癥的重要靶點。
在這篇文章中,研究人員報告稱發現了哺乳動物核內不均一核糖核蛋白A2 (hnRNP A2)的一種剪接變異體hnRNP A2*。在體外試驗中他們證實hnRNP A2*可以結合端粒DNA和端粒酶。hnRNP A2*與端粒酶共定位于卡哈爾體(Cajal body)中和端粒上。體外分析表明hnRNP A2*積極地解開了端粒G-quadruplex DNA,暴露出3′端粒尾部的5 nt,大大提高了端粒酶的催化活性和持續合成能力。體內實驗表明組織中的hnRNP A2*表達水平與端粒酶活性呈正相關,hnRNP A2*過表達可導致端粒延伸。
上述研究結果表明hnRNP A2*具有解開端粒G-quadruplexes,并借助端粒酶促進端粒延長的作用。揭示端粒的這一延伸機制對于深入了解細胞衰老機制,開發出有效的癌癥新治療新策略具有重要的意義。