端體

端體

端體是染色體末端的DNA重複序列,作用是保持染色體的完整性。

基本介紹


端體(telomere)是節有端著絲粒染色體的個體

結構


端粒(telomere)是由許多成串短的重複序列所組成。該重複序列通常一條鏈上富含G(G-rich),而其互補鏈上富含C(C-rich)。一個基因組內的所有端粒都是由相同的重複序列組成,但不同物種的端粒的重複序列是不同的。
物種端粒DNA重複序列
酵母
Saccharomyces cerevisiaeG1-3T
Schizosaccharomyces pombeG2-5TTAC
原生動物
四膜蟲GGGGTT
DictyosteliumG1-8A
植物
擬南芥(Arabidopsis)TTTAGGG
哺乳動物
TTAGGG
例如,原生動物四膜蟲端粒的重複單位為TTGGGG(僅列一條鏈的序列);哺乳類和其他脊椎動物的端粒為TTAGGG,串聯重複500~3000次,序列長度在2kb到20kb之間不等。TG鏈常比AC鏈更長些,形成3′單鏈末端。端粒的功能為穩定染色體末端結構,防止染色體間末端連接,並可補償滯后鏈5′末端在消除RNA引物后造成的空缺。原核生物的染色體是環狀的,其5′最末端岡崎片段的RNA引物被除去后可藉助另半圈DNA鏈向前延伸來填補。但是真核生物線性染色體在複製后,不能像原核生物那樣填補5′末端的空缺,從而會使5′末端序列從此而縮短。真核生物通過形成端粒結構來解決這個問題。複製使端粒5′末端縮短,而端粒酶(telomerase)可外加重複單位到5′末端上,結果維持端粒一定長度。
端粒通常是由富含鳥嘌呤核苷酸(G)的短的串聯重複序列組成,伸展到染色體的3,端。一個基因組內的所有端粒,即一個細胞里不同染色體的端粒都由相同的重複序列組成,但不同物種的染色體端粒的重複序列是各異的。哺乳動物和其他脊椎動物染色體端粒的重複序列中有一個TTAGGG保守序列,串聯重複序列的長度在2 kb到20 kb之間。

主要功能


端體
端體
端粒主要有三方面的功能: ①防止染色體末端被DNA酶酶切;
②防止染色體末端與其它DNA分子結合,染色體由於融合、降解、重排而形成不穩定結構從而威脅到DNA的正確複製和細胞生存,端粒的存在能夠保護染色體免於化學修飾、被核酸降解以及因端端作用而產生的威脅。
③使染色體末端在DNA複製過程中保持完整。對不同物種染色體末端的結構分析發現,所有染色體的末端都存在著串聯的重複序列。儘管不同物種的重複序列有所不同,但均可用下列通式表示:“5-T1-4-A0-1-G1-8-3”。如人類為TTAGGG,原生動物嗜熱四膜蟲(Tetrahymena thermophila)為TTGGG,而植物擬南芥 (Arabidopsis thaliana)為TTTAGGG。但這種保守序列重複的次數在不同生物、同一生物的不同染色體,甚至同一染色體在不同的細胞生長時期也可能不同。端粒的結構與功能是當前分子生物學研究的熱點之一。

基本組成


端粒DNA是由簡單的DNA高度重複序列組成的,染色體末端沿著5'到3' 方向的鏈富含 GT。在酵母和人體中,端粒序列分別為C1-3A/TG1-3和TTAGGG/CCCTAA,並有許多蛋白與端粒DNA結合。端粒DNA主要功能有:第一,保護染色體不被核酸酶降解;第二,防止染色體相互融合;第三,為端粒酶提供底物,解決DNA複製的末端隱縮,保證染色體的完全複製。端粒、著絲粒和複製原點是染色體保持完整和穩定的三大要素。同時,端粒又是基因調控的特殊位點, 常可抑制位於端粒附近基因的轉錄活性(稱為端粒的位置效應TPE)。在大多真核生物中,端粒的延長是由端粒酶催化的,另外,重組機制也介導端粒的延長。

作用原理


端粒除了與染色體的個體性和穩定性密切相關外,還涉及到細胞壽限衰老和死亡,以及對腫瘤的發病和治療都有重大作用。生殖細胞不同於體細胞,人生殖細胞染色體的末端比體細胞染色體的末端長出幾千個鹼基對,這是因為在生殖細胞里有端粒酶的活性,但包括幹細胞(stemcell)在內的所有體細胞里都未測得端粒酶的活性。惟一的例外是來源於體細胞的惡性腫瘤細胞卻又重新出現了端粒酶活性,發揮其合成端粒重複序列的功能,以補償正常的端粒序列丟失,使端粒的重複序列不會達到導致細胞死亡的臨界長度,從而獲得細胞的“永生性”(immortality)。這樣,惡性腫瘤細胞在體內或體外都能無限制地分裂增殖。