世界生命科學(xué)前沿動(dòng)態(tài)周報(bào)（二十五）

（ 09.20 --09.26 / 2010 ）
美寶國(guó)際集團(tuán):陶國(guó)新 

　　本周動(dòng)態(tài)包括以下內(nèi)容： 發(fā)現(xiàn)有望增強(qiáng)癌癥 放療效果的 胞漿型磷脂酶 A2 ； 靶向輸送化療藥物的納米載體； 檢測(cè)人體生物鐘的簡(jiǎn)單方法； Gfi1b 蛋白調(diào)節(jié)骨髓 干細(xì)胞的活性；端粒通過(guò) Cdc13 蛋白招募端粒酶維持自身長(zhǎng)度 。

1. 發(fā)現(xiàn)有望增強(qiáng)癌癥 放療效果的 胞漿型磷脂酶 A2
【摘要】

　　美國(guó)圣路易斯華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們近日發(fā)現(xiàn)了一種新的藥物靶點(diǎn)，有望幫助增強(qiáng)頑固癌癥的放射治療效果。研究成果發(fā)表于美國(guó)《國(guó)立癌癥研究所期刊》。

　　該藥物靶點(diǎn)為胞漿型磷脂酶 A2 （ cPLA2 ），能夠?qū)е卵簮盒阅[瘤生長(zhǎng)，并降低放射治療的療效?！拔覀冏畛醯南敕ㄊ钦页瞿切┐偈狗伟┖湍X癌對(duì)放射療法產(chǎn)生排斥作用的信號(hào)分子”，文章的主要作者 Dennis Hallahan 稱(chēng)，“我們注意到，在開(kāi)始對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行放射性治療不到兩分鐘內(nèi)，就有 cPLA2 產(chǎn)生，并使腫瘤對(duì)放射療法產(chǎn)生抵制”。

　　研究人員由此意識(shí)到，如果抑制 cPLA2 ，或許可以加大放射療法治療肺癌和腦癌的療效。于是他們?cè)谡Ｐ∈篌w內(nèi)和去除了 cPLA2 產(chǎn)生能力的小鼠體內(nèi)分別植入腫瘤，然后對(duì)其進(jìn)行放射療法，并比較兩者療效?！巴ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，正常小鼠體內(nèi)的腫瘤仍如預(yù)想般的生長(zhǎng)，但在無(wú)法產(chǎn)生 cPLA2 的小鼠體內(nèi)幾乎檢測(cè)不到腫瘤?！?Hallahan 說(shuō)。

　　緊接著，研究人員對(duì)基因改造小鼠進(jìn)行了血管檢查，發(fā)現(xiàn)血管本身沒(méi)有任何異常，而更進(jìn)一步的檢測(cè)顯示，控制血液流動(dòng)的一種可收縮細(xì)胞不復(fù)存在了?！叭鄙龠@種細(xì)胞，血管仍然可以在腫瘤中生長(zhǎng)，但血液無(wú)法流經(jīng)腫瘤了”， Hallahan 稱(chēng)，“這意味著癌細(xì)胞將得不到營(yíng)養(yǎng)而無(wú)法存活”。

　　研究人員已找到一種現(xiàn)成的藥物可對(duì) cPLA2 產(chǎn)生抑制作用，目前該藥物已經(jīng)進(jìn)入第二期測(cè)試。接下來(lái)，他們將進(jìn)一步研究 cPLA2 的作用機(jī)理，并對(duì)該抑制藥物的效果作出評(píng)價(jià)。（來(lái)源 : 科學(xué)網(wǎng) 張笑）

【點(diǎn)評(píng)】

　　作為目前的三大癌癥治療手段之一，放療的風(fēng)險(xiǎn)和收益一直是個(gè)難題，如果有可以提高放療效果的方法，對(duì)于降低其劑量減輕對(duì)身體正常組織的損害有好處。 胞漿型磷脂酶 A2 的發(fā)現(xiàn)或許會(huì)在這方面有幫助。

【原文摘錄】

J Natl Cancer Inst (2010) doi: 10.1093/jnci/djq290

Cytosolic Phospholipase A2 and Lysophospholipids in Tumor Angiogenesis

Amanda G. Linkous , Eugenia M. Yazlovitskaya and Dennis E. Hallahan

Abstract

　　Background Lung cancer and glioblastoma multiforme are highly angiogenic and, despite advances in treatment, remain resistant to therapy. Cytosolic phospholipase A2 (cPLA 2 ) activation contributes to treatment resistance through transduction of prosurvival signals. We investigated cPLA 2 as a novel molecular target for antiangiogenesis therapy.

　　Methods Glioblastoma (GL261) and Lewis lung carcinoma (LLC) heterotopic tumor models were used to study the effects of cPLA 2 expression on tumor growth and vascularity in C57/BL6 mice wild type for (cPLA 2 α +/+ ) or deficient in (cPLA 2 α −/− ) cPLA 2 α, the predominant isoform in endothelium (n = 6–7 mice per group). The effect of inhibiting cPLA 2 activity on GL261 and LLC tumor growth was studied in mice treated with the chemical cPLA 2 inhibitor 4-[2-[5-chloro-1-(diphenylmethyl)-2-methyl-1 H -indol-3-yl]-ethoxy]benzoic acid (CDIBA). Endothelial cell proliferation and function were evaluated by Ki-67 immunofluorescence and migration assays in primary cultures of murine pulmonary microvascular endothelial cells (MPMEC) isolated from cPLA 2 α +/+ and cPLA 2 α −/− mice. Proliferation, invasive migration, and tubule formation were assayed in mouse vascular endothelial 3B-11 cells treated with CDIBA. Effects of lysophosphatidylcholine, arachidonic acid, and lysophosphatidic acid (lipid mediators of tumorigenesis and angiogenesis) on proliferation and migration were examined in 3B-11 cells and cPLA 2 α −/− MPMEC. All statistical tests were two-sided.

　　Results GL261 tumor progression proceeded normally in cPLA 2 α +/+ mice, whereas no GL261 tumors formed in cPLA 2 α −/− mice. In the LLC tumor model, spontaneous tumor regression was observed in 50% of cPLA 2 α −/− mice. Immunohistochemical examination of the remaining tumors from cPLA 2 α −/− mice revealed attenuated vascularity ( P ≤ .001) compared with tumors from cPLA 2 α +/+ mice. Inhibition of cPLA 2 activity by CDIBA resulted in a delay in tumor growth (eg, LLC model: average number of days to reach tumor volume of 700 mm 3 , CDIBA vs vehicle: 16.8 vs 11.8, difference = 5, 95% confidence interval = 3.6 to 6.4, P = .04) and a decrease in tumor size (eg, GL261 model: mean volume on day 21, CDIBA vs vehicle: 40.1 vs 247.4 mm 3 , difference = 207.3 mm 3 , 95% confidence interval = 20.9 to 293.7 mm 3 , P = .021). cPLA 2 deficiency statistically significantly reduced MPMEC proliferation and invasive migration ( P = .002 and P = .004, respectively). Compared with untreated cells, cPLA 2 α −/− MPMEC treated with lysophosphatidylcholine and lysophosphatidic acid displayed increased cell proliferation ( P = .011) and invasive migration ( P < .001).

　　Conclusions In these mouse models of brain and lung cancer, cPLA 2 and lysophospholipids have key regulatory roles in tumor angiogenesis. cPLA 2 inhibition may be a novel effective antiangiogenic therapy.

2. 靶向輸送化療藥物的納米載體

【摘要】

　　北京時(shí)間 9 月 23 日消息，據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，化療是當(dāng)前治療癌癥的一種有效方法，不過(guò)它也存在一些不良副作用，例如惡心反胃、肝毒性和免疫系統(tǒng)功能下降等。特拉維夫大學(xué)的丹·皮爾、利莫納·馬格利特和同事們已經(jīng)研究出一種可以直接把化療藥物輸送到癌細(xì)胞，避免與健康細(xì)胞發(fā)生互動(dòng)的“納米車(chē)”，這種方法可在增加化療效果的同時(shí)減少副作用。  

　　皮爾解釋說(shuō)：“這種載具就像集束炸彈?！痹诩{米車(chē)的里面是攜帶著化療藥物的納米粒子，它可以把這些化療藥物直接釋放到癌細(xì)胞里。據(jù)皮爾介紹，這種納米粒子載具可以用來(lái)治療多種不同類(lèi)型的癌癥，例如肺癌、血癌、結(jié)腸癌、乳腺癌、子宮癌、胰腺癌，甚至幾種類(lèi)型的大腦腫瘤。有關(guān)這種新納米粒子及其在腫瘤治療方面的應(yīng)用的論文，發(fā)表在《生物材料》（ Biomaterials ）雜志上。

　　這種藥物輸送平臺(tái)的關(guān)鍵是用來(lái)制造這種集束納米粒子的外殼的分子——透明質(zhì)酸 (Hyaluronan) 。 透明質(zhì)酸是一種可被很多類(lèi)型的癌細(xì)胞的受體識(shí)別的糖分子 。皮爾說(shuō)：“當(dāng)納米載體與癌細(xì)胞的受體發(fā)生互動(dòng)時(shí)，受體會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，化療藥物會(huì)被直接釋放到癌細(xì)胞里?！彼忉屨f(shuō)，這一研究結(jié)果把化療的更多注意力集中在對(duì)抗病變細(xì)胞上。

 　　由于納米粒子只對(duì)癌細(xì)胞起反應(yīng)，因此周?chē)慕】导?xì)胞不會(huì)受到化療的影響 。皮爾表示， 這種納米車(chē)本身是用天然油脂分子制成的，納米粒子發(fā)生作用后，會(huì)在體內(nèi)自行分解 ，因此這種療法比當(dāng)前的化療方法更安全。通過(guò)患腫瘤的老鼠進(jìn)行的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用透明質(zhì)酸包裹、其內(nèi)充滿紫杉醇的納米粒子，在阻止腫瘤生長(zhǎng)方面比不含紫杉醇 ( 攜帶著紫杉醇的一種白蛋白納米粒子 ) 的納米粒子更有效。（來(lái)源：新浪科技 孝文）

【點(diǎn)評(píng)】

　　通過(guò)納米技術(shù)設(shè)計(jì)具有特異選擇性的藥物載體，是提高化療藥物效果，降低其對(duì)健康細(xì)胞和組織的危害的有效手段。

【原文摘錄】   Biomaterials Volume 31, Issue 27 , September 2010, Pages 7106-7114

Paclitaxel-clusters coated with hyaluronan as selective tumor-targeted nanovectors

Ilia Rivkin, Keren Cohen, Jacob Koffler, Dina Melikhov, Dan Peer, Rimona Margalit
　　Paclitaxel (PTX) is a widely used anti-tumor agent in the treatment of solid tumors. Lack of selective strategies to target PTX into tumor cells together with poor solubility necessitating detergent, are severe clinical limitations. To address these hurdles, we devised a strategy that utilized PTX insolubility, mixing it with lipids that self-assemble into nanoparticle-like clusters. These clusters were then coated with hyaluronan, a glycosaminoglycan (GAG), and termed PTX-GAGs. These particles, delivered PTX selectively into tumor cells in a CD44-dependent manner. Injected systemically to mice bearing solid tumors, the PTX-GAGs showed high safety profile and tumor accumulation. Tumor progression was exponential upon treatment with free PTX or PTX in albumin nanoparticles (the FDA-approved Taxol ® and Abraxane ® , respectively). Under the same conditions, PTX-GAGs induced tumor arrest and were as potent as a 4-fold higher Taxol ® dose. Our findings suggest GAGs merit further investigation as vehicles for taxanes, and may be applicable as carriers in other therapeutic settings.

3. 一種 檢測(cè)人體生物鐘的簡(jiǎn)單方法
【摘要】

　　頭發(fā)能夠幫助科學(xué)家檢測(cè)人體的生物鐘是否與人們的作息時(shí)間相一致 。最新的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，頭發(fā)的毛囊能跟蹤人體的生物鐘。這一發(fā)現(xiàn)或許能夠用于治療睡眠紊亂疾病，或者用于評(píng)估需要倒夜班的工人的健康問(wèn)題。之前的研究者一直認(rèn)為，人體的生物鐘只存在于大腦中。但在上世紀(jì) 90 年代末期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了掌管生物鐘的基因之后，人們才開(kāi)始相信 我們身體中的每個(gè)部位都存在著生物鐘 。有關(guān)生物鐘的實(shí)驗(yàn)，都是在老鼠身上進(jìn)行的。人們已經(jīng)將生物鐘基因同體重增加、吸食大麻引起的時(shí)間喪失感等癥狀聯(lián)系了起來(lái)。但還沒(méi)有人能夠在人身上直接做實(shí)驗(yàn)。這主要是因?yàn)橐治鲞@些基因，需要進(jìn)行一些可能引起人體痛苦的實(shí)驗(yàn)，比如一天中要抽幾次血，或者取下一塊皮膚來(lái)進(jìn)行化驗(yàn)。

 　　 最近，日本山口大學(xué)的 Makoto Akashi 和他的同事找到了一種簡(jiǎn)單的方法研究人體的生物鐘活動(dòng)，他們把注意力集中到了頭發(fā)上。研究者先后化驗(yàn)了從頭皮或者胡須上拔下來(lái)的毛發(fā)，它們含有大量的毛囊細(xì)胞。在提取了這些細(xì)胞中的 RNA 后，研究者發(fā)現(xiàn)當(dāng)受試者非常清醒的時(shí)候，生物鐘基因的活動(dòng)達(dá)到了高峰；而那些早上醒來(lái)最早的被試者，基因達(dá)到高峰的時(shí)間也最早。接下來(lái)，研究小組打破了一些健康人的睡眠規(guī)律，觀察生物鐘的變化情況。在為期 3 周的實(shí)驗(yàn)中，受試者被要求一天比一天睡得晚，然后研究者在受試者醒來(lái)的半小時(shí)后加一個(gè)人工光源來(lái)模擬太陽(yáng)。在 3 周的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，受試者比最開(kāi)始的時(shí)候晚睡了 4 個(gè)小時(shí)，而毛囊中生物鐘基因的活動(dòng)也相應(yīng)地發(fā)生了變化，但只推遲了 2.5 個(gè)小時(shí)。研究人員將這一結(jié)果發(fā)表在最新出版的美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

  　　Akashi 的研究小組也在需要輪班工作的工人身上發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象。這些人需要在第一周的早晨 6 點(diǎn)到下午 3 點(diǎn)上班，第二周則調(diào)整到下午 3 點(diǎn)到午夜上班，第三周再變回早晨上班。研究者發(fā)現(xiàn)，生物鐘基因的活動(dòng)比這些工人的生活規(guī)律延遲了 5 小時(shí)之多，這說(shuō)明 3 周的時(shí)間不足以使人體生物鐘適應(yīng)新的生活節(jié)奏。

  瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的生物學(xué)家 Ueli Schibler 表示，通過(guò)毛囊來(lái)跟蹤生物鐘的活動(dòng)，能夠幫助科學(xué)家更好地監(jiān)測(cè)患者的睡眠紊亂或其他生物鐘節(jié)律失調(diào)癥狀。因?yàn)檫@些基因能夠控制人體的許多生理活動(dòng)，比如器官的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、消化活動(dòng)等，這個(gè)研究成果或許能夠幫助人們解釋許多由生物鐘引起的健康問(wèn)題。（來(lái)源：科學(xué)時(shí)報(bào) 丁佳）

【點(diǎn)評(píng)】

　　通過(guò)檢測(cè)毛囊細(xì)胞生物鐘基因的表達(dá)跟蹤人體生物鐘的活動(dòng)，監(jiān)測(cè)生物鐘節(jié)律的規(guī)律，對(duì)于研究生物鐘對(duì)健康的影響以及如何調(diào)節(jié)生活節(jié)奏都是有幫助的。而且利用頭發(fā)或胡須的毛發(fā)作為檢測(cè)樣本，傷害小又簡(jiǎn)單可靠。

【原文摘錄】   PNAS vol. 107 no. 35: 15643-15648

Noninvasive method for assessing the human circadian clock using hair follicle cells

Makoto Akashi , Haruhiko Soma , Takuro Yamamoto , et al.

　　A thorough understanding of the circadian clock requires qualitative evaluation of circadian clock gene expression. Thus far, no simple and effective method for detecting human clock gene expression has become available. This limitation has greatly hampered our understanding of human circadian rhythm. Here we report a convenient, reliable, and less invasive method for detecting human clock gene expression using biopsy samples of hair follicle cells from the head or chin. We show that the circadian phase of clock gene expression in hair follicle cells accurately reflects that of individual behavioral rhythms, demonstrating that this strategy is appropriate for evaluating the human peripheral circadian clock. Furthermore, using this method, we indicate that rotating shift workers suffer from a serious time lag between circadian gene expression rhythms and lifestyle. Qualitative evaluation of clock gene expression in hair follicle cells, therefore, may be an effective approach for studying the human circadian clock in the clinical setting.

4. Gfi1b 蛋白調(diào)節(jié)骨髓 干細(xì)胞的活性
【摘要】 來(lái)源：《血液》 發(fā)布時(shí)間： 2010-9-26 13:31:26

　　加拿大蒙特利爾罕見(jiàn)疾病研究所（ IRCM ）造血與癌癥研究部門(mén)負(fù)責(zé)人 Tarik Möröy 博士和他領(lǐng)導(dǎo)的科研小組在美國(guó)血液學(xué)協(xié)會(huì)的《血液》（ Blood ）期刊上發(fā)表論文稱(chēng)他們發(fā)現(xiàn)了一種 可調(diào)控造血干細(xì)胞特性的蛋白 ，有可能成為白血病治療的新靶點(diǎn)。造血干細(xì)胞移植目前被廣泛應(yīng)用于惡性血液病、非惡性難治性血液病、遺傳性疾病和某些實(shí)體瘤治療?！霸煅杉?xì)胞能使白血病患者的造血系統(tǒng)重新恢復(fù)生成血細(xì)胞包括白細(xì)胞、紅細(xì)胞及血小板，” Möröy 博士說(shuō)。白血病或其他難治性血液病的患者最初要接受化療，破壞自身的造血系統(tǒng)同時(shí)清除體內(nèi)的異常細(xì)胞。造血干細(xì)胞通常通過(guò)兩種不同的方式用于治療。第一種是化療前從患者處獲得造血干細(xì)胞，化療后再將自體干細(xì)胞移植給患者稱(chēng)之為重建造血細(xì)胞。 Khandanpour 說(shuō)：“這種治療方法的一個(gè)主要問(wèn)題是從骨髓和外周血獲得的造血干細(xì)胞通常處于休眠狀態(tài)。為了獲得足夠數(shù)量的干細(xì)胞，不得不將骨髓中的造血干細(xì)胞動(dòng)員釋放到血液中才容易被收集?！?

　　第二種方法是從健康供體處獲得造血干細(xì)胞，在化療后將它們移植到患者體內(nèi)。通過(guò)外源細(xì)胞重建患者造血系統(tǒng)產(chǎn)生血細(xì)胞。“但是這種治療通常有 10-20% 的失敗機(jī)率。由于某些原因會(huì)導(dǎo)致移植的造血干細(xì)胞無(wú)法快速生成新的血細(xì)胞，從而引起患者發(fā)生感染和死亡?！?Khandanpour 博士說(shuō)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn) Gfi1b 蛋白可在骨髓中調(diào)控干細(xì)胞活性 ，” Khandanpour 說(shuō)：“在小鼠中當(dāng)我們關(guān)閉 Gfi1b 基因編碼時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)造血干細(xì)胞被激活，開(kāi)始迅速擴(kuò)增，離開(kāi)骨髓進(jìn)入血液中但卻未失去功能。以這種方法操作造血干細(xì)胞活血能有效地促進(jìn)干細(xì)胞治療?！毖芯咳藛T認(rèn)為 Gfi1b 失活的移植干細(xì)胞可加速生成新的血細(xì)胞，從而使干細(xì)胞治療更有效而降低患者的危險(xiǎn) 。但是研究者們對(duì)調(diào)控干細(xì)胞休眠和動(dòng)員的機(jī)制目前還不是很清楚。

　　“我們的下一個(gè)目標(biāo)是詳細(xì)研究敲除 Gfi1b 后細(xì)胞內(nèi)的分子機(jī)制，更詳細(xì)地了解 Gfi1b 調(diào)控造血干細(xì)胞定位和激活的機(jī)制，” Möröy 博士說(shuō)：“我們的研究將有助于更好地了解干細(xì)胞動(dòng)員和休眠的生物學(xué)機(jī)制，從而開(kāi)發(fā)出對(duì)移植供體和患者有利的治療方法?！备鶕?jù)加拿大白血病和淋巴瘤協(xié)會(huì)的調(diào)查，世界上每四分鐘就有一個(gè)人被確診患上血癌，而每 10 分鐘就有一個(gè)人死于此類(lèi)疾病。統(tǒng)計(jì)顯示每年約有 54000 患上該類(lèi)疾病。白血病在兒童和 20 歲作用青少年中死亡率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他癌癥。

【點(diǎn)評(píng)】

　　發(fā)現(xiàn) Gfi1b 蛋白可在骨髓中調(diào)控干細(xì)胞活性，促進(jìn)干細(xì)胞休眠。對(duì)其作用機(jī)制的進(jìn)一步研究有助于尋找提高白血病治療效果的方法。

【原文摘錄】 Blood 2010 : blood-2010-04-280305v1-blood-2010-04-280305.

Evidence that Growth factor independence 1b (Gfi1b) regulates dormancy and peripheral blood mobilization of hematopoietic stem cells
Cyrus Khandanpour, Ehssan Sharif-Askari, Lothar Vassen, et al.

Donor matched transplantation of hematopoietic stem cells (HSCs) is widely used to treat haematological malignancies, but is associated with high mortality. The expansion of HSC numbers and their mobilisation into the bloodstream could significantly improve therapy. We report here that adult mice conditionally deficient for the transcription factor Gfi1b, show a significant expansion of functional HSCs in the bone marrow and blood. Despite this expansion Gfi1b ko/ko HSCs retain their ability to self renew and to initiate multilineage differentiation, but are no longer quiescent and contain elevated levels of reactive oxygen species (ROS). Treatment of Gfi1b ko/ko mice with N-Acetyl-Cystein (NAC) significanty reduced HSCs numbers indicating that increased ROS levels are at least partially responsible for the expansion of Gfi1b deficient HSCs. Moreover, Gfi1b -/- HSCs show decreased expression of CXCR4 and VCAM-1, which are required to retain dormant HSCs in the endosteal niche, suggesting that Gfi1b regulates HSCs dormancy and pool size without affecting their function. Finally, the additional deletion of the related Gfi1 gene in Gfi1b ko/ko mice is incompatible with the maintenance of HSCs suggesting that Gfi1b and Gfi1 have partially overlapping functions but that at least one Gfi-gene is essential for the generation of hematopoietic stem cells.

5. 端粒通過(guò) Cdc13 蛋白招募端粒酶維持自身長(zhǎng)度
【摘要】 來(lái)源：《分子與細(xì)胞生物學(xué)》 發(fā)布時(shí)間： 2010-9-25 16:52:22

　　端粒（ telomere ）是真核生物染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度反映著細(xì)胞復(fù)制史及復(fù)制潛能，對(duì)細(xì)胞的分裂起決定作用，因而被稱(chēng)作細(xì)胞壽命的“有絲分裂鐘”。了解端粒維持染色體完整和穩(wěn)定的機(jī)制是衰老和癌癥研究領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)。費(fèi)城威斯達(dá)研究所的科學(xué)家們近日?qǐng)?bào)道了 Cdc13 蛋白關(guān)鍵區(qū)域的結(jié)構(gòu)和功能，證實(shí)它通過(guò)固定在端粒 DNA 上招募復(fù)制酶維持端粒長(zhǎng)度。研究論文在線發(fā)表于《分子與細(xì)胞生物學(xué)》（ Molecular and Cellular Biology ）雜志的封面上。  

　　費(fèi)城威斯達(dá)研究所的研究人員證實(shí) Cdc13 蛋白以二聚體形式與 DNA 相互作用進(jìn)而調(diào)控端粒酶作用及端粒的長(zhǎng)度。由于這一基本生命過(guò)程在進(jìn)化過(guò)程中高度保守，研究人員選擇在酵母基因上開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究。研究表明人類(lèi) Cdc13 蛋白有可能成為抗腫瘤治療的一個(gè)理想的靶點(diǎn)?！?Cdc13 蛋白在維持和延長(zhǎng)端粒中發(fā)揮重要的作用，”威斯達(dá)基因表達(dá)和調(diào)控計(jì)劃助理教授，該研究的第一作者 Emmanuel Skordalakes 說(shuō)：“人類(lèi) Cdc13 蛋白功能失常有可能導(dǎo)致衰老或是癌癥，因?yàn)榫S持端粒長(zhǎng)度是癌細(xì)胞獲得永生化的重要方式。”

　　在論文中 Skordalakes 和他的同事們描述了 Cdc13 在端粒復(fù)制中的雙重功能。首先，它可募集端粒酶復(fù)合物形成端粒末端保護(hù)，防止錯(cuò)誤的染色體融合。此外， Cdc13 還可招募端粒酶和其他的相關(guān)蛋白延長(zhǎng)端粒長(zhǎng)度。

  　　當(dāng)研究人員誘導(dǎo) Cdc13 發(fā)生突變使其無(wú)法形成二聚體時(shí)，可導(dǎo)致端?？s短從而加速酵母細(xì)胞死亡。當(dāng)他們誘導(dǎo)突變抑制 Cdc13 二聚體與結(jié)合 DNA 分離則會(huì)導(dǎo)致端粒長(zhǎng)度過(guò)度延長(zhǎng)。研究人員認(rèn)為 Cdc13 是通過(guò)調(diào)控 DNA 復(fù)制酶對(duì)端粒發(fā)揮作用。“ Cdc13 在維持端粒特性上發(fā)揮復(fù)雜的作用，維持正常細(xì)胞分裂與癌癥之間的平衡，” Skordalakes 說(shuō)。

  　　在細(xì)胞分裂中端粒發(fā)揮著重要的“生物時(shí)鐘”作用。每次細(xì)胞分裂，端?？偸亲钕乳_(kāi)始復(fù)制。但是由于細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)無(wú)法復(fù)制染色體末端的最后幾個(gè)堿基，因而染色體 DNA 每復(fù)制一次就丟失一段端粒 DNA 序列，使得端粒逐漸縮短。如果沒(méi)有端粒作為緩沖，染色體就有可能會(huì)丟失功能基因?；诖送惯_(dá)的一位科學(xué)家 Leonard Hayflick 在 1961 年提出細(xì)胞均存在“壽限”——這就是著名的“海弗利克極限”。

　　2008 年 Skordalakes 實(shí)驗(yàn)室第一次確定了端粒酶催化亞基的三維結(jié)構(gòu)。端粒酶催化亞基可將短 DNA 序列添加到端粒 ，某些特異的尤其是在胚胎發(fā)育過(guò)程中的細(xì)胞均是通過(guò)端粒酶維持端粒長(zhǎng)度。成人干細(xì)胞、某些免疫系統(tǒng)細(xì)胞以及癌細(xì)胞的端粒酶活性較高。

　　Skordalakes 發(fā)現(xiàn) Cdc13 二聚體特性決定了蛋白質(zhì)的核心功能——將端粒酶招募到端粒上。 Cdc13 二聚體存在多個(gè)不同親和性的 DNA 結(jié)合位點(diǎn)。從而使得 Cdc13 橫跨 DNA ，一部分緊密固定在 DNA 上，另一部分靠近 DNA 鏈末端與端粒酶結(jié)合。 Cdc13 的這一特性有助于將端粒酶招募至端粒。 Skordalakes 說(shuō)：“你可以想象就如同你被懸掛在懸崖的邊緣，一只手比另一只手更有力。你將用有力的手抓住懸崖邊緣，而另一只手伸到口袋里面拿電話。 Cdc13 就是這樣發(fā)揮作用的?！碑?dāng) Cdc13 與端粒酶相互作用時(shí)原先與 DNA 結(jié)合的一端放開(kāi) DNA ，另一端則形成端粒酶 -Cdc13 復(fù)合物與染色體末端緊密結(jié)合從而使端粒酶到達(dá)端粒位置?！八诎l(fā)揮保護(hù)作用的同時(shí)調(diào)控著端粒酶的功能。” Skordalakes 實(shí)驗(yàn)室仍在繼續(xù)探索端粒的復(fù)雜生物機(jī)制，鑒定端粒延長(zhǎng)過(guò)程中其他的必需蛋白質(zhì)。此外，他們也在研發(fā)可阻斷端粒酶和其他相關(guān)蛋白適用于癌癥治療的有潛力的小分子抑制劑。

【點(diǎn)評(píng)】

　　通過(guò)對(duì)端粒自我復(fù)制機(jī)制的越來(lái)越深入的了解，或許將來(lái)會(huì)發(fā)現(xiàn)可以維持端粒長(zhǎng)度不變的方法，對(duì)于抗衰老和癌癥研究有很大啟示。

【原文摘錄】  Mol. Cell. Biol. doi:10.1128/MCB.00515-10

Cdc13 N-terminal dimerization, DNA binding and telomere length regulation

Meghan T. Mitchell, Jasmine S. Smith, Mark Mason, et al.

The essential yeast protein Cdc13 facilitates chromosome end replication by recruiting telomerase to telomeres, and together with its interacting partners Stn1 and Ten1 protects chromosomes ends from nucleolytic attack, thus contributing to genome integrity. Although Cdc13 has been studied extensively, the precise role of its N-terminal domain (Cdc13N) in telomere length regulation remains unclear. Here we present a structural, biochemical, and functional characterization of the Cdc13N. The structure reveals that this domain comprises an OB-fold and is involved in Cdc13 dimerization. Biochemical data show that Cdc13N weakly binds long, single-stranded, telomeric DNA in a fashion that is directly dependent on domain oligomerization. When introduced into full length Cdc 13 i n vivo , point mutations that prevent Cdc13N dimerization or DNA binding, cause telomere shortening or lengthening, respectively. The multiple DNA binding domains and dimeric nature of Cdc13 offers unique insights into how it coordinates the recruitment and regulation of telomerase access to the telomeres.