诺贝尔奖得主Cell子刊发布端粒研究重大发现

自从1984年发现端粒酶以来，鉴别延长或缩短这一染色体末端保护帽的其他生物分子的研究工作一直在缓慢地进行着。现在，来自约翰霍普金斯大学的研究人员揭示出了一种酶对于维持端粒长度起至关重要的作用。研究人员表示，他们采用的发现该酶的新方法应该会加速发现其他决定端粒长度的蛋白和过程。

　　

生物通报道  自从1984年发现端粒酶以来，鉴别延长或缩短这一染色体末端保护帽的其他生物分子的研究工作一直在缓慢地进行着（延伸阅读：Science发布端粒酶重大发现 ）。现在，来自约翰霍普金斯大学的研究人员揭示出了一种酶对于维持端粒长度起至关重要的作用。研究人员表示，他们采用的发现该酶的新方法应该会加速发现其他决定端粒长度的蛋白和过程。研究结果发布在11月24日的《Cell Reports》杂志上。

约翰霍普金斯大学基础生物医学科学研究所分子生物学与遗传学主任及教授Carol Greider博士说：“很早以前我们就知道，端粒酶不能讲述染色体端粒维持特定长度的完整故事，但利用我们拥有的工具，很难搞清楚哪些蛋白负责让端粒酶完成它的工作。”Greider因发现端粒酶而获得了2009年的诺贝尔生理学或医学奖。

Greider指出，阐明延长端粒必需的蛋白具有广泛的健康影响，因为缩短的端粒与衰老以及肺脏和骨髓疾病等各种疾病都有关联，而过长的端粒则与癌症有关。由于每次为细胞分裂做准备而进行DNA复制时端粒都会自然缩短，细胞需要一个调控得当的过程来在生物体一生中添加适当数量的构件到端粒上。

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然而直到现在，研究人员都只能通过一种受限且耗时的测试来确定，某一特定蛋白是否参与维持了端粒长度，这一测试首先要求在实验室培养细胞中阻断怀疑蛋白的作用，然后让细胞在大约3个月的时间内生长及分裂，确保可以出现检测得到的端粒酶长度差异。除了耗时，这种测试并不适用于在3个月之前其丧失会杀死细胞的蛋白。

为了找到更好的工具，Greider实验室研究生Stella Suyong Lee一开始采用了一个用于测量酵母端粒长度的办法。就是人为地切割哺乳动物端粒，然后检测端粒酶延长的部分——需要不到1天时间，即便阻断的蛋白为细胞分裂所必需也可以完成这一测试。但从酵母转换至哺乳动物涉及到一大堆无法预见的技术困难，这一项目历时近5年。Greider将它的最终成功归功于Lee的坚持。

在他们试着运行这种称作为ADDIT的新测试时，Greider研究小组检测了一种酶——ATM激酶。“ATM激酶已知参与了DNA修复，但对于它是否在端粒延伸中起作用，研究报道未取得一致的意见，”Greider说。她的研究小组在实验室培养的小鼠细胞中阻断了这种酶，利用ADDIT发现它确实延长了端粒。他们利用传统的、长达3个月的端粒测试验证了结果，得到了相同的结论。

该研究小组还发现，在正常小鼠细胞中，一种阻断PARP1酶的药物可以激活ATM激酶，刺激端粒延长。Greider说，这一研究发现提供了概念证明：可采用药物来延长端粒治疗短端粒疾病，例如骨髓衰竭。但她警告说，不同于在小鼠细胞中，在人类细胞中PARP1不具有相同的端粒延长效应。

Greider研究小组打算利用ADDIT来发现，有关ATM激酶参与的端粒延长生物化学信号通路，以及帮助决定端粒长度的其他信号通路的更多信息。

Lee说：“潜在应用令人感到非常兴奋。最终ADDIT可以帮助我们了解细胞在衰老和癌症失控性细胞生长之间取得平衡的机制，这将非常的有趣。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

ATM Kinase Is Required for Telomere Elongation in Mouse and Human Cells

Short telomeres induce a DNA damage response, senescence, and apoptosis, thus maintaining telomere length equilibrium is essential for cell viability. Telomerase addition of telomere repeats is tightly regulated in cells. To probe pathways that regulate telomere addition, we developed the ADDIT assay to measure new telomere addition at a single telomere in vivo. Sequence analysis showed telomerase-specific addition of repeats onto a new telomere occurred in just 48 hr. Using the ADDIT assay, we found that ATM is required for addition of new repeats onto telomeres in mouse cells. Evaluation of bulk telomeres, in both human and mouse cells, showed that blocking ATM inhibited telomere elongation. Finally, the activation of ATM through the inhibition of PARP1 resulted in increased telomere elongation, supporting the central role of the ATM pathway in regulating telomere addition. Understanding this role of ATM may yield new areas for possible therapeutic intervention in telomere-mediated disease.