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Nature子刊:干细胞端粒长度需要“刚刚好”

2016/12/07 来源:生物探索
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导读
作为染色体的“帽子”,端粒负责维持染色体的完整性、调控细胞分裂周期。一直以来,科学家们试图通过延长端粒长度,实现延年益寿的梦想。但是,最新一篇学术文章却揭示:端粒不宜过长、不宜过短,刚刚好才最有利于维持干细胞的自我更新能力。


自从科学家将端粒缩短与细胞衰老、疾病发生联系在一起,一场旨在延长端粒长度的抗衰老、维护健康的战役就此打响。但是,Salk研究所的科研团队却表示,过犹不及!他们最新发现,只有端粒长度刚刚好(不过度缩短不过度延长)才最有利于维持干细胞自我更新能力。

之前我们认为端粒缩短过度会对细胞造成伤害。现在出乎意料的是,端粒过度延长,同样也会损害细胞。Salk研究所分子和细胞生物学实验室教授Jan Karlseder表示:“端粒的最佳长度介于两个极端之间。”

这一最新发现加深了我们对于干细胞生物学的理解,能够有助于推进干细胞疗法,特别抗衰老和再生医学领域。相关研究成果于12月5日发表在Nature子刊《Nature Structural & Molecular Biology》。

“生命时钟”端粒:维持干细胞自我更新

端粒是位于染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体。作为染色体的“帽子”,它负责维持染色体的完整性、调控细胞分裂周期,素有“生命时钟”之称,其长度与寿命、疾病息息相关。

端粒DNA由简单的DNA高度重复序列组成,由端粒酶催化其延长。DNA分子每次分裂复制,端粒就缩短一点,一旦端粒消耗殆尽,细胞将会立即激活凋亡机制走向死亡。所以端粒其长度反映细胞复制史及复制潜能。

唯一例外的是干细胞。干细胞利用端粒酶重塑端粒,从而维持自我更新、多向分化的能力。这一特质促使干细胞成为再生医学、细胞治疗的研究热点,被广泛应用于治疗疾病和抗衰老研究中。

端粒长度刚刚好,才最好!

Karlseder带领Salk 研究所研究助理、文章一作Teresa Rivera及其他同事以人类胚胎干细胞(ESCs)为研究材料,借助分子技术,他们人为改变端粒酶活性。

当端粒酶活性减弱,端粒长度缩短,最终导致细胞死亡。相反,当端粒酶水平上调,端粒长度会延长。但是,这种过度延长会增加染色体的不稳定性,同样造成细胞损伤。

他们发现,端粒延长会激活XRCC3和Nbs1蛋白质,启动端粒修剪机制。当胚胎干细胞中XRCC3和Nbs1两种蛋白的表达量下降后,会阻止端粒缩短。同时,他们以以诱导性多能干细胞(iPSCs)为样本,发现这类细胞携带端粒缩短的标志物,它可以作为评估细胞重编程成功率的指标。

Karlseder强调:“人为延长端粒长度会导致端粒的脆弱性,从而引发癌变。这一最新成果显然与‘延长端粒长度有助于改善机体健康、延长寿命’观点相悖。”这意味着,端粒长度由端粒延长(由端粒酶负责)和端粒缩短(由一对蛋白质XRCC3和Nbs1调控)两种机制权衡。

备注:文章参考自“Scientists find that for stem cells to be healthy, telomere length has to be just right”。

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