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南开大学973项目解析端粒特殊序列

2012.12.11

　　来自南开大学生命科学学院，中国农业大学生命科学学院，美国南佛罗里达大学等处的研究人员围绕一种特殊的端粒序列：染色体末端TTAGGG重复序列(也称为中间端粒序列)展开了研究，发现猪的6号染色体着丝粒区存在植物的 TTTAGGG 端粒重复序列，从而指出猪染色体的ITS区含有植物和动物的保守端粒序列，对ITS功能和调节机制的进一步研究可能为进化和染色体不稳定性的研究提供新的依据。相关成果公布在《中国科学: 生命科学》2012年第11期上。

　　文章的通讯作者是南开大学生科院的刘林教授，南开大学生科院近年来取得了不少突出成果，比如今年生科院与医学院的研究人员就首次测定了STIM1蛋白的精确三维模型，并以此为基础，配合细胞生物学和生理学的实验手段，揭示了STIM1蛋白激活的分子机理，研究成果公布在PNAS杂志上。

　　端粒是位于染色体末端的重复序列, 保护染色体的稳定性，在脊椎动物中, 端粒由(TTAGGG)n的保守重复序列组成，包括从鱼、两栖类、爬行动物、到包括小鼠、人及猪在内的脊椎动物。与此不同, 多数的植物端粒序列为(TTTAGGG)n 保守重复序列，(TTTAGGG)n 序列也出现在染色体的内部, 包括着丝粒区和间隙位点, 例如, 位于着丝粒区和末端端粒区域之间的端粒重复序列, 称为中间端粒(interstitial telomeric sequences, ITSs)。

　　最近的研究发现, 端粒相关蛋白结合在 ITSs 区影响基因转录，猪的 ITSs 序列在6号染色体近着丝粒区, 这一区域序列与人的1号和19号染色体的部分片段同源, 所以也可以被称作het-ITSs。由于猪ITSs只在6号染色体的着丝粒区, 在这篇文章中，研究人员以此作为模型, 进一步研究 ITSs 的起源及长度调控机制。

　　研究人员发现脊椎动物和植物的端粒序列(vertebrate和 botanic interstitial telomeric sequences, 分别称为vITSs 和 bITSs)同时存在于猪的6号染色体上。植物的 TTTAGGG 重复序列存在于哺乳类的染色体上, 为端粒在物种进化中的作用提供了新的线索, 同时也解释了猪的端粒的特殊性。

　　进一步的研究还表明, vITS长度的变化与 TTSs长度的变化有关, 并具有多态性和不稳定性。研究人员通过对不同细胞系端粒长度的分析, 指出ITS 的端粒长度是动态变化的, 它的变化趋势与末端端粒长度的变化趋势呈正相关。

　　同时, 猪的端粒末端有很高频率的双端粒信号(doublets), 可能与染色体的不稳定性和 ITSs 端粒的动态性有关。

　　由此研究人员认为，猪染色体的ITS区含有植物和动物的保守端粒序列, 对ITS功能和调节机制的进一步研究可能为进化和染色体不稳定性的研究提供新的依据。

　　文章还指出，在一些可以遗传的疾病中, 从ITS拷贝数和序列改变引起ITS的多样性可以推断ITS的功能。这是研究ITS最吸引人的地方, 因为它可以作为遗传连锁研究、法医学应用癌细胞中基因组不稳定性检测的新的和有用的标志. 有趣的是, 在风信子中, ITSs 的长度明显比TTSs长。所以, 一些植物虽然在TTSs上没有足够的端粒但是仍然生长很快, 由此推测, ITSs 具有较长的端粒可能与维持细胞的增殖有关。

　　het-ITSs的出现可能与端粒的不稳定性有关。实际上，在胃癌细胞和损伤的中国仓鼠细胞中观察到了ITS 位点的增加。而且, 植物和没有末端端粒的永生化细胞也许用相同的机制来维持端粒的长度, 如猪的ITSs. 对猪ITS动态性维持机制及意义的研究也许可以为进化、染色体的不稳定性及癌症的发生提供新的线索。

生命科学染色体生科院脊椎动物

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南开大学973项目解析端粒特殊序列

周锦帆