解析端粒延长替代机制

端粒（telomere）是真核生物染色体末端的一种特殊结构，它的作用是保持染色体的完整性。随着细胞不断地分裂，DNA每复制一次，端粒就会缩短一点。正常细胞的端粒缩短到一定程度时便无法继续维持染色体稳定，细胞进入衰老期并以死亡告终。而人体内大部分癌细胞则可通过端粒酶来弥补这一损失，逃避程序性死亡。

然而近年来科学家们发现有一些肿瘤细胞并不依赖于端粒酶来维持端粒的长度，他们将这一现象称之为“端粒延长替代机制”（alternative lengthening of telomeres，ALT）。

近日来自约翰·霍普金斯大学的科学家们在一些特异的肿瘤细胞中解析了这一端粒延长替代机制，研究人员发现两个基因突变与这些肿瘤不依赖于端粒酶的端粒维持密切相关。这一研究成果在线发表在6月30日的《科学》(Science)杂志上。

“揭示与端粒替代延长相关的基因是我们理解这一过程的第一步，并为我们开发出新的药物治疗策略指明了新方向，”约翰·霍普金斯Ludwig中心主任、约翰·霍普金斯凯门综合癌症中心（Johns Hopkins Kimmel Cancer Center）副教授Nickolas Papadopoulos说。

今年早些时候，Papadopoulos领导的研究小组展开了针对胰腺神经内分泌肿瘤（pancreatic neuroendocrine tumors ,PanNETs）的基因组绘图研究，其中的部分研究结果发布在了1月20日的Science杂志上。“随后我们在基因组绘图的基础上发现了一些与端粒替代延长相关的基因，证实ATRX 和DAXX基因编码的蛋白质可与DNA的某些特殊区域，包括端粒和其他一些基因组位点相互作用参与染色质重塑，”约翰·霍普金斯大学病理学、泌尿科及肿瘤学助理教授Alan Meeker博士说。

在接下来的实验中，Meeker和他的同事们更深入地研究了这两个基因在端粒维持中的特殊作用。研究人员针对基因组绘图研究中来自41名患者的胰腺内分泌肿瘤组织样品进行了分析，发现其中25位患者的胰腺内分泌肿瘤细胞中存在端粒替代延长的特征性标记。特异性靶向端粒的荧光染料染色显示在25个肿瘤组织样品中均存在“端粒DNA的大量积聚”，每个荧光点的强度大约是正常细胞中端粒DNA的100倍。

在这25个样品中，有19个样品包含有ATRX 或DAXX基因突变。其中6个样品虽未发现ATRX 或DAXX基因突变，然而这些肿瘤细胞均没有ATRX 和DAXX基因表达。而在缺乏端粒替代延长标记的其余16个样品中既没有发现基因突变，且研究人员证实这些细胞中ATRX 和DAXX基因表达正常。

“我们发现ATRX和DAXX异常与端粒替代延长显示了100%的相关性，”Meeker说。

随后Meeker、Papadopoulos和同事们在对另外439个肿瘤样品的分析中，发现了几种存在ATRX突变的脑瘤细胞类型，其中包括由杜克大学Hai Yan博士和Darell Bigner博士提供的儿童和成人胶质母细胞瘤样品。

Meeker和同事对获得的所有胶质母细胞瘤组织样本的端粒状态进行分析后证实，8个ATRX基因突变胶质母细胞瘤均显现明亮的端粒染色，表明存在端粒替代延长。

目前约翰·霍普金斯大学的研究人员还不清楚这些基因在肿瘤中的具体作用机制，Meeker推测有可能它们改变了端粒DNA的包装方式，使得这些区域失去了稳定。

此外，Papadopoulos的基因组绘图研究结果还显示，存在ATRX/DAXX突变的胰腺神经内分泌肿瘤患者相比那些无此突变的患者生存率更高。

“如果端粒替代延长与ATRX/DAXX突变这一相关关系确实存在，我们或可利用它帮助预测患者预后，并以此开发出特异性靶向的治疗新策略，”Meeker说Science    DOI： 10.1126/science.1207313

Altered Telomeres in Tumors with ATRX and DAXX Mutations

Heaphy, Christopher M.; de Wilde, Roeland F.; Jiao, Yuchen; Klein, Alison P.; Edil, Barish H.; Shi, Chanjuan; Bettegowda, Chetan; Rodriguez, Fausto J.; Eberhart, Charles G.; Hebbar, Sachidanand; Offerhaus, Johan A.; McLendon, Roger; Rasheed, B. Ahmed; He, Yiping; Yan, Hai; Bigner, Darell D.; Oba-Shinjo, Sueli Mieko; Marie, Suely Kazue Nagahashi; Riggins, Gregory J.; Kinzler, Kenneth W.; Vogelstein, Bert; Hruban, Ralph H.; Maitra, Anirban; Papadopoulos, Nickolas; Meeker, Alan K.

The proteins encoded by ATRX and DAXX participate in chromatin remodeling at telomeres and other genomic sites. Because inactivating mutations of these genes are common in human pancreatic neuroendocrine tumors (PanNETs), we examined the telomere status of these tumors. We found that 61% of PanNETs displayed abnormal telomeres that are characteristic of a telomerase-independent telomere maintenance mechanism termed ALT (alternative lengthening of telomeres). All of the PanNETs exhibiting these abnormal telomeres had ATRX or DAXX mutations. ATRX mutations also correlate with abnormal telomeres in tumors of the central nervous system. These data suggest that an alternative telomere maintenance function may operate in human tumors with alterations in the ATRX or DAXX genes.