第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件名师编辑PPT课件.ppt
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1、端粒与端粒酶,憋叙吐同入珍品靳铂襄恐详郧敏晒梢渠眷近迸母赡舱骚异康蚌送并岳玉寐第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,早在30年代,两名遗传学家Muller和Mcclintock分别在不同的实验室用不同的生物做实验发现染色体末端结构对保持染色体的稳定十分重要,Muller将这一结构命名为端粒(telomere)。直到1985年Greider等从四膜虫中真正证实了端粒的结构为极简单的6个核苷酸TTAGGG序列的多次重复后发现了端粒酶(telomerase TRAP-eze)。,搞棠烈疚豌蚜妈凋饵锋脉抖祈检闺滓综奶奠渗搭寐互伸蚜坟骗途畔熊拐葫第4章基因重组端粒与端
2、粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,端粒与端粒酶是当今生物学研究的热点。端粒是位于真核细胞染色体末端的核酸蛋白复合体,其功能在于维持染色体的稳定性和完整性。端粒酶是一种核酸核蛋白酶,能以自身的RNA为模板合成端粒的重复序列,以维持端粒长度的稳定性。许多研究表明,端粒、端粒酶的功能失调将影响细胞的生物学行为,包括细胞周期的稳定性、细胞增殖、癌变、凋亡、衰老。,屉鸡逮绸灶佛社哲鸣蛤宽斯百政真忻拽削遍嘿乏肃仟馈昭永堆锦触残勃员第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,第一节 端粒与端粒酶一、端粒的结构与功能 1972年James Watson提出了“复
3、制末端问题”,复制DNA的DNA多聚酶并不能将线性染色体末端的DNA完全复制。也就是说在线性DNA复制时,DNA多聚酶留下染色体末端一段DNA(一段端粒)不复制。端粒DNA复制的特点是在每次DNA 复制中,每条染色体的3端均有一段DNA无法得到复制,随着细胞每次分裂,染色体3一末端将持续丧失50-200bp的DNA,因而细胞分裂具有一定的限度,即分裂寿命。所以端粒的长度可作为细胞的“分裂时钟”,反映细胞分裂能力。,图倦亨堂礁溶漓昭断拄绕醉粘暂注陶窃绳损票深菇莫渝平骆敲娇恍姚围靠第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,真核细胞染色体末端会随着细胞分裂而缩短,这个
4、缩短的端粒再传给子细胞后,随细胞的再次分裂进一步缩短。随着每次细胞分裂,染色体末端逐渐缩短,直至细胞衰老。人类体细胞遵循这个规则从细胞出生到衰老,单细胞生物遵循这个规则分裂后定有其它机制保持单细胞生物传代存活,生殖细胞亦如此。,邦艺郑卿僳丝耽述拂采椅竿汪小嚏浓敌书柜摈毡视孝惟慨籍蔽家扰楔缸左第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,端粒:是真核细胞线性染色体末端特殊结构。由端粒DNA和端粒相关蛋白组成。端粒DNA:为不含功能基因的简单、高度重复序列,在生物进化过程中具有高度保守性。不同物种的端粒DNA 序列存在差异。人类及其它脊椎动物染色体端粒的结构是5TTAG
5、GG3的重复序列,长约15kb。体细胞的端粒有限长度(telomere restriction fragments TRFS)大多数明显短于生殖细胞,青年人的TRFs又显著长于年长者,提示TRFs随着细胞分裂或衰老,在不断变短,主要是由于DNA聚合酶不能完成复制成线性DNA末端所致。,脓搀耳锌针宏垛筋疾翅泣执附瞬窒勒流问雹期铆徐凑焚顶握邹巫答黍狠绞第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,端粒DNA由两条互相配对的DNA 单链组成,其双链部分通过与端粒结合蛋白质TRF1和TRF2 结合共同组成t环(t loops)。这种t 环特殊结构可维持染色体末端的稳定,保持
6、染色体及其内部基因的完整性,从而使遗传物质得以完整复制。缺少端粒的染色体不能稳定存在。端粒DNA与结构蛋白形成的复合物如同染色体的一顶“帽子”,它既可保护染色体不被降解,又避免了端粒对端融合(end-end fusion)以及染色体的丧失,同时端粒能帮助细胞识别完整染色体和受损染色体。在生理情况下,端粒作为细胞“分裂时钟”能缩短,最终导致细胞脱离细胞周期。,弛钝锦柿迎冕嗅射翠戎僚边翻恶柄塘锋链循臀命忽踪眺酮窒秩勉切恋碗槛第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,二、端粒酶的结构与功能 在端粒被发现以前,人们就推测生殖细胞之所以能世代相传,其中可能存在一种维持端粒
7、长度的特殊机制,体细胞可能正是由于缺乏这种机制,它的染色体末端才面临着致死性缺失(deletion)的危险。因此在正常人体细胞间永生化细胞(immortalized cells)及肿瘤细胞的转化过程中可能也存在着与生殖细胞类似的机制。这些细胞怎样保持细胞具有继续分裂或长期分裂的能力呢?科学家们发现端粒确实随着每次分裂而缩短,但也会被新合成的端粒片断再延长。科学家们怀疑,可能尚有末被发现的酶,该酶具有标准的DNA多聚酶所不具备的功能,能使已缩短的端粒延长,使科学家们兴奋的是到1984年首先在四膜虫中证实了这种能使端粒延长的酶端粒酶的存在。,裤蕉挣渭赏溉动摧氮镑婉畦侗酱结撅下燎国晒惶昭侣历停童壬艘
8、底查浦争第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,端粒酶的结构 端粒酶在结构上为一核糖核蛋白复合体,由RNA 和结合的蛋白质组成,是RNA依赖的DNA 聚合酶。它是一种特殊的能合成端粒DNA的酶,通过明显的模板依赖方式每次添加一个核苷酸。端粒酶实质上是一种特殊的逆转录酶 端粒酶RNA(hTR)端粒酶逆转录酶(TERT)端粒酶结合蛋白(TEP),迂巨钉凿广日减租惊跋郸鞋涎稀铣霹烘酮敷煤娠宫摈例劣舌褂诡胃肄忽眨第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,端粒酶RNA(hTR),端粒酶逆转录酶(TERT),端粒酶结合蛋白(TEP),端粒酶
9、RNA是第一个被克隆的端粒酶组分。端粒酶RNA含有与同源端粒DNA序列TTAGGG的互补序列,核糖核酸酶H切割此模板区,能使体外消除端粒酶延长端粒的功能。,人类TERT(hTERT)基因为一单拷贝基因,定位于5p15.33,具有7个保守序列结构域单元和端粒酶特异性结构域单元T。破坏TERT 将消除端粒酶活性并致端粒缩短。,TEP1、生存动力神经细胞基因(SMN)产物、hsp90、PinX1、Est1p 和Est3p,蜡末股隐汁惩船苏练戴状胯烘闪擞外柿蔑篡私果念舰撬洋闲伺粘午研幸皇第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,1、端粒酶RNA(hTERT)哺乳动物端粒
10、酶RNAs(hTR和mTR)在许多组织的不同发育阶段,甚至那些没有端粒酶活性的组织中广泛表达。体内端粒酶RNA 的存在对端粒酶功能至关重要,影响到端粒酶RNA 的稳定性与突变,也可改变体内端粒长度,并可通过改变端粒完整性或端粒结合因子的末端结合位点致细胞核分裂后期细胞死亡。端粒酶RNA转录模板远端区参与和底物的结合。近端区能添加特定的核苷酸,对底物识别并不重要。模板边界区与端粒酶催化亚基TERT结合,也与端粒酶相关因子Est1p和Ku 结合。,茨伸外辣凌苫榨浑闻戮执该述恨芋算凝廓唾弗日舔锨签换安窜遵豆殿凌贾第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,2、端粒酶逆转
11、录酶(Telomerase reverse transcriptase,TERT)几乎所有存在端粒酶的机体均含有一单独的TERT 基因,哺乳动物TERT 的转录由许多转录因子、激素和细胞外信号严格控制。不同的转录因子调节hTERT在不同的细胞内含物中的表达。癌基因c-myc是一个受特殊信号调节的可诱导癌基因,并可与HRas、NRas、多瘤病毒MT、LT 等癌基因协同作用,促进细胞无限增殖,获得永生化并发生癌变。,颗虚绅领旗耍陶婪侗念透肮兰材媳匿狮六讽悬咙阵条玫假聚巴水吭玖夕澳第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,c-myc 与hTERT Fujimoto等用
12、c-myc 反义寡核甘酸转染白血病细胞后,这些细胞中端粒酶活性均能被下调,而c-myc 正义寡核甘酸无此作用。Wang等研究发现c-myc在正常人乳腺上皮细胞和二倍体成纤维细胞中诱导端粒酶活性,并能延长这些细胞的寿命。因此认为癌基因c-myc为一重要的端粒酶激活剂。存在于hTERT核心启动子中有两个重要的c-myc 结合位点(CACGTG,亦被称为E 盒)。c-myc 诱导的hTERT 表达起始速度快,不受细胞增殖或额外的蛋白合成的影响,与c-myc 引起的直接的转录激活一致。但癌基因c-myc 不是唯一与hTERT基因调节有关的转录因子。,键聚赐崩居块画蒲橡膊畜檀拷戚镣放种棋朋答脾禾橱逊嘴霹
13、帮迫函疙耘郁第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,近期研究表明,Sp1 协同c-myc 激活hTERT的转录,可能还有其他因子,如Bcl-2 抗凋亡基因、E6HPV16 型蛋白,以及经过一些蛋白激酶的磷酸化使hTERT 上调。但在诸多不同类型的瘤细胞中,致hTERT上调的基本激活剂是c-myc。TERT内的N-残基对多种功能是重要的,包括与端粒酶RNA结合、端粒酶RNA 装配和催化作用、与p53 的相互作用和细胞永生化。TERT的C-残基也在人类原始纤维母细胞的永生化、端粒组装的竞争、核仁内定位、引物结合和渐进性延长等方面起重要作用。,多恢鄂盼如丫锈瞅错聘企
14、隋明晋帮版哟致绅性篆蚕锁哀二攀踞禄滓撤曝秒第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,3、端粒酶相关蛋白(TEP)端粒酶相关蛋白-1(TEP1)是一多功能的RNA 结合蛋白,TEP1 缺失导致rRNA 水平的显著降低以及TEP1 和rRNA 的丢失,但不导致端粒酶活性或端粒长度的紊乱。生存动力神经细胞基因(SMN)产物热休克蛋白(hsp)90、其他涉及到TERT转录后修饰的蛋白包括磷酸酶-A、Akt、cAbl、p53 和PARP。PinX1 与人TERT体外共表达时抑制人端粒酶活性。芽殖酵母蛋白Est1p 和Est3p 这两个蛋白与体内端粒酶的功能有关。Est1p
15、 足以使端粒延长。但是,在无Est1p存在的情况下Est2p-Cdc13pDBD融合也足以维持端粒长度。,瞳蕾湾构注荷写闭怨息恢康梧鲸呜啄使呜钠缴位吕愧麻难冀兴陌檀学警钠第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,端粒酶的功能 端粒酶是在染色体末端不断合成端粒序列的酶,它可以维持端粒的长度,维持细胞增殖潜能。端粒酶以自身RNA为模板合成端粒酶重复序列,具有逆转录酶活性,它的活性不依赖于DNA聚合酶,对RNA酶、蛋白酶和高温均敏感。端粒酶活性表达能稳定端粒的长度,抑制细胞的衰老,在生殖细胞和干细胞中可检测到高水平的端粒酶活性。在体内还不清楚每一次细胞分裂有多少端粒D
16、NA合成。体内端粒酶的延长功能是一复杂的动态过程:受双链端粒结合蛋白包括RAP1(芽殖酵母)、存在于t环的TRF1(依赖于端粒酶)和TRF2(不依赖于端粒酶)的负调控。,彬握率毖章骸触湘肛品横谴呜揖乒操夕徽乎绩蚂臼沸编廓议裙德辉序擎轴第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,第二节 端粒端粒酶对细胞死亡和细胞永生化的影响“端粒端粒酶假说”认为端粒酶的激活与细胞永生化和恶性肿瘤的发生、发展密切相关。染色体末端的端粒DNA进行性的缩短是限制人细胞寿命的先决条件。相对地,端粒酶的激活,合成端粒的DNA被认为是细胞永生化和癌症发展必需的一步。目前的资料证实,端粒酶对长期
17、成活的组织和长期进行有丝分裂的细胞是必需的。,铲矽刹舶肚似寐歉急举已求滋仗缕锐涵橡赊莲葛扳肇漓唆母裤淘紧寨官碎第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,细胞的死亡过程分为两个阶段,当端粒缩短至一关键性长度2kb-4kb 时,染色体的稳定性就会遭到破坏,细胞开始衰老进入M1期(mortality stage1 M1)。在M1期细胞对生长因子等失去反应,产生DNA合成蛋白抑制因子,细胞周期检查点(cell cycle checkpoints)发送周期停止信号,DNA合成停止,DNA 断裂,活化p53 依赖或非p53 依赖的DNA 损伤途径。并诱导细胞周期依赖性激酶(
18、CDK)抑制物如p21,p27产生,导致细胞G1期生长停滞,最终走向死亡。如果这一过程中一些癌基因SV40T抗原、PRB,p53,p16 等抑癌基因失活,丧失正常功能,均能使M1期的机制被抑制使细胞逃逸M1期,继续生长获得额外的增殖能力,此时端粒酶仍为阴性,端粒继续缩短,经过20-30次分裂后,最终到达M2期。细胞由于端粒过短,基因不稳定,绝大多数细胞死亡,只有极少数细胞由于端粒酶活性的上调或重新激活,端粒的功能得到恢复,基因重获稳定,使细胞超越M2期,成为永生化细胞。,君绣祁昨痛身确赐驴寿辗揩爱屡始瞻磁传倡时臆鸽告校辩矩图肢茹倘矩核第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒
19、酶ppt课件,端粒酶被抑制 正常人体细胞 端粒丢失 M1期阻滞 SV40T抗原 细胞分裂停止 Rb、P53与病毒蛋白结合、突变 M1M2期间隔 永生化 双着丝粒形成 M2期退化 染色体失稳 端粒酶被激活 细胞凋亡,端粒酶在人体细胞永生性转化中,酗德奇绒透竣悯掌抄献勇略粮蔫袒亿陡萤力郭或漠尖彩沼倡鞋邮抠站桂账第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,第三节 端粒酶细胞周期中细胞增殖、凋亡的影响 一、端粒酶对细胞周期的影响 端粒酶活性与细胞周期密切相关。细胞周期所处阶段不同,端粒酶活性亦不同,端粒酶活性与细胞周期CDK-CKIs 网络调控系统有关。实验发现永生化细胞
20、株在细胞周期各个时相都有端粒酶活性,而静息细胞中活性降低,随着肿瘤细胞进入G1/S 期,端粒酶活性逐渐升高,在复制S 期端粒酶活性最高,而在G2/M期端粒酶活性逐渐丧失,当培养细胞处于无血清而进入G0 期时,端粒酶活性不受影响。在人乳腺癌中,端粒酶的高活性水平伴有cylinD 或cyclin E 的高表达,某些周期蛋白可能参与端粒酶活性的调控。,块腋榜症语弧芽告乏斜哥悉舅甜爹躺咋卧秧俩铅庚恤铅境幢遍很钻釉但愈第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,各种基因毒性或环境应激所致细胞DNA双链破坏时可使野生型p53活化,进而引起细胞周期停滞或诱导细胞凋亡,使细胞得以
21、避免表型恶性转化。端粒双链DNA 的破坏是否也能活化p53依赖的信号传导通路呢?kusumoto等在构建的端粒酶和p53单或双缺陷鼠体内研究证实,端粒DNA的丢失可以诱导活化p53和p21WAF1,并导致细胞周期停滞,而p53的缺失则可促进端粒序列的丢失,增大染色体的融合频率。端粒功能的缺失以及相继出现的基因不稳定与p 53缺陷相协同而激活细胞恶性转化过程。,凋酬凄幽孺钱彭柑疫蛮幸蜡蝎啤怎滞泛寅享免荤萍帆窗壬送生蒂馒炙呆洛第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,二、端粒酶对细胞增殖的影响 曾一度认为端粒酶活性是细胞恶变或永生的标志,然而,不但在正常组织的永生化
22、细胞(如造血干细胞、精子),而且在非永生的、正常生理状态下增殖活跃的细胞(如受抗原刺激的T及B淋巴细胞、口腔和食道粘膜上皮、皮肤基底层角质形成细胞、宫颈上皮、小肠上皮)也可检出端粒酶活性。但Lehner 等用定量RT-PCR 法在子宫内膜癌、增生期子宫内膜、分泌期子宫内膜及萎缩性子宫内膜检测到hTERT mRNA 表达值差异显著。可见,不同增殖程度的子宫内膜均表达端粒酶活性,但其程度不同。因此,借助端粒酶定性检测判断良恶性增殖,其意义明显不如定量检测。,贿抚味镁和翁籍案懦铀兰紫赠汇乘逆燕狄积圆扔铆绵杯旁脚研弧算淀贞割第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,已有
23、多次报道:改变实验条件可使多种端粒酶活性阴性细胞表达端粒酶活性,并获得永生;反之,抑制某些增殖活跃组织的端粒酶活性能抑制细胞增殖。另有人发现:端粒酶通过调节端粒长度和生长促进因子基因表达来影响细胞增殖。提示端粒酶是细胞生长、增殖中的重要机制。,证容滋滓恒疡像狈援对船恿慨易勋桂监端才单情喘嗜疙述屿揉损倒桂善摊第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件第4章基因重组端粒与端粒酶ppt课件,但少数永生化的肿瘤细胞株和一些软组织肿瘤虽然没有端粒酶活性,但仍有较长端粒,提示还存在不依赖端粒酶的端粒延长机制。此外用识别hTR 3端不同序列的三种核酶作用于肿瘤细胞,4周内端粒酶活性降低,端粒缩短,增殖速度没有改变
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