《細(xì)胞生物學(xué)》教案-細(xì)胞9章 細(xì)胞核與染色體17

《細(xì)胞生物學(xué)》教案 （第17次課2學(xué)時(shí)） 一、授課題目第九章細(xì)胞核與染色體（Nucleusandchromosome）二、教學(xué)目的和要求1.熟練掌握核被膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能；2.理解核基質(zhì)的功能,核仁的結(jié)構(gòu)與功能；3.掌握染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成與裝配,染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)。三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1核膜及核孔復(fù)合體2染色體的空間結(jié)構(gòu)教學(xué)難點(diǎn)：核孔復(fù)合體與核仁的結(jié)構(gòu)與功能四、主要參考資料翟中和．細(xì)胞生物學(xué)，第三版．北京：高等教育出版社，2007教學(xué)過(guò)程染色體染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)由兩條相同的姐妹染色單體(chromatid)構(gòu)成，彼此以著絲粒(centromere)相連根據(jù)著絲粒在染色體上所處的位置，分為4種類型(一)著絲粒(centromere)與動(dòng)粒動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域(kinetochoredomain)-內(nèi)板(innerplate)中間間隙(middlespace)外板(outerplate)-纖維冠(fibrouscorona)中央結(jié)構(gòu)域(centraldomain)配對(duì)結(jié)構(gòu)域(pairingdomain)(二)次縊痕(secondaryconstriction)(三)核仁組織區(qū)(nucleolarorganizingregion,NOR)(四)隨體(satellite)(五)端粒(telomere)熒光原位雜交（FISH）鑒定端粒是否在末端，labeledprobesTTAGGG，然后與整個(gè)染色體進(jìn)行雜交和孵育，則發(fā)現(xiàn)在染色體末端有雜交信號(hào)（一）、中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)1染色單體分裂中期由著絲粒相連在一起的，含一個(gè)DNA分子的一條棒狀結(jié)構(gòu)，互稱為姐妹染色單體。2著絲粒（Centromere）是主縊痕處中期兩條染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位。也是兩臂染色質(zhì)連續(xù)的部分，是染色體上DNA高度重復(fù)的序列形成的染色質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)，屬于染色體的正常組成成分。在中期染色體上，著絲粒染色很淺或不染色，包括三個(gè)結(jié)構(gòu)域：（1）著絲點(diǎn)（動(dòng)粒）結(jié)構(gòu)域；（2）中央結(jié)構(gòu)域；（3）配對(duì)結(jié)構(gòu)域。3著絲點(diǎn)（動(dòng)粒）（Kinetochore）是在主縊痕處兩個(gè)染色單體的外側(cè)表面部位的特殊結(jié)構(gòu)，是附加上去的，它與紡錘絲微管接觸，每條染色單體上有一個(gè)著絲點(diǎn)，多為盤狀，故有著絲盤之稱。依著絲粒在染色體上的位置，可將染色體劃分為四類：染色體類型臂指數(shù)（q/p）中間著絲粒染色體（M）1.0~1.69（1.0~1.67）亞中間著絲粒染色體（SM）1.7~2.99（1.68~3.00）近端著絲粒染色體（ST）3.0~6.99（3.01~7.00）端著絲粒染色體（T）＞7.01＞7.0，只有一條臂。（中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)）4染色體臂（arm）由著絲粒將染色體分為兩臂，短臂P和長(zhǎng)臂q，臂比（指數(shù)）（armratio=q/p）5次縊痕（付縊痕或次級(jí)縊痕secondary—）是主縊痕以外的淺染內(nèi)縊節(jié)段，不是所有染色體都有，具有次縊痕的染色體稱核仁組織染色體。在次縊痕上、下兩端的染色體片段仍保持成一直線，無(wú)角度差，以此與主縊痕區(qū)別。核仁組織區(qū)（NOR）：是rRNA基因（rDNA）存在部位，與間期形成核仁有關(guān)。6隨體（satellite）某些借助次縊痕相連的球形小體，但不是所有與次縊痕相連的部位都是隨體。如人類第13，14，15，21，22對(duì)染色體有隨體。帶有隨體的染色體稱sat—染色體。7端粒（telomere）指染色體兩端部的特化結(jié)構(gòu)，通常是由富含G的短串聯(lián)重復(fù)序列DNA組成。具有極性，斷裂的染色體在此處不能連接，而其他部位可以隨機(jī)連接。其生物學(xué)作用在于維持染色體的完整性和個(gè)體性。二、染色體的功能元件（LinearchromosomeDNAcontainsthreefunctionalelements）為確保染色體在細(xì)胞世代中的穩(wěn)定性，起碼應(yīng)具備3個(gè)結(jié)構(gòu)要素，被稱為染色體DNA的關(guān)鍵序列。ARS自主復(fù)制DNA序列——DNA復(fù)制起點(diǎn)，確保染色體在細(xì)胞周期中能夠自我復(fù)制，維持染色體在細(xì)胞世代傳遞中的連續(xù)性；CEN著絲粒DNA序列——使兩組子染色體平均分配到子細(xì)胞中去；TEL端粒DNA序列——保證染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性。(至少有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，以復(fù)制叉的形式解鏈進(jìn)行復(fù)制；telomere端粒使染色體穩(wěn)定，長(zhǎng)度不會(huì)縮短；著絲粒保證有絲分裂過(guò)程中兩個(gè)子細(xì)胞獲得的遺傳物質(zhì)是一樣的；)自主復(fù)制DNA序列(autonomouslyreplicatingDNAsequence,ARS)：具有一段11-14bp的同源性很高的富含AT的共有序列及其上下游各200bp左右的區(qū)域是維持ARS功能所必需的。著絲粒DNA序列(centromereDNAsequence,CEN)： 兩個(gè)相鄰的核心區(qū)：80-90bp的AT區(qū)；11bp的保守區(qū)。端粒DNA序列(telomereDNAsequence,TEL)及端粒酶人造微小染色體(artificialminichromosome)。DNA與蛋白質(zhì)形成染色質(zhì)或染色體以后，染色質(zhì)或染色體要長(zhǎng)期、穩(wěn)定、連續(xù)地存在，必須包括三種功能元件：①至少有一個(gè)DNA復(fù)制起點(diǎn)，確保染色體在細(xì)胞周期中能夠自我復(fù)制，維持染色體在細(xì)胞世代傳遞中的連續(xù)性；②一個(gè)著絲粒，使細(xì)胞分裂時(shí)已完成復(fù)制的染色體能平均分配到子細(xì)胞中；③在染色體的兩個(gè)末端必須有端粒，保持染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性。Howtoisolatethefunctionalelements以自主復(fù)制序列或復(fù)制起點(diǎn)為例，看其如何克??？用酵母細(xì)胞來(lái)做（染色體數(shù)量少，基因組小，做起來(lái)比較容易；釀酒酵母共有17條染色體，基因組全序列已于1996年測(cè)定，大小為12.052Mb，共6500個(gè)基因，是第一個(gè)測(cè)出的真核生物基因組序列），其本身含有自主復(fù)制序列，將其打斷重組到載體上；ARS(Autonomouslyreplicatingsequences,自主復(fù)制序列)actasanoriginofreplication（將酵母基因組序列打斷，重組到帶有組氨酸的載體上，轉(zhuǎn)化到營(yíng)養(yǎng)缺陷型的酵母細(xì)胞中去，即不能合成組氨酸的培養(yǎng)基，如果沒(méi)有ARS，則載體不能復(fù)制，不能利用組氨酸，則酵母不能長(zhǎng)成克隆，但是偶爾有些克隆，說(shuō)明重組的序列整合到了酵母染色體上，是假陽(yáng)性的；然后將ARS克隆測(cè)序，研究其序列特征）自主復(fù)制DNA序列Progeny后代Mitotic有絲分裂faulty有錯(cuò)誤的,有缺點(diǎn)的,不完善的

以自主復(fù)制序列或復(fù)制起點(diǎn)為例，看其如何克??？用酵母細(xì)胞來(lái)做（染色體數(shù)量少，基因組小，做起來(lái)比較容易；釀酒酵母共有17條染色體，基因組全序列已于1996年測(cè)定，大小為12.052Mb，共6500個(gè)基因，是第一個(gè)測(cè)出的真核生物基因組序列），其本身含有自主復(fù)制序列，將其打斷重組到載體上；著絲粒DNA序列端粒DNA序列（位于染色體末端，由短小串聯(lián)重復(fù)序列構(gòu)成）位于染色體末端，由短小串聯(lián)重復(fù)序列構(gòu)成Humantelomere:5’-TTAGGG-3’500～3000copies帶有端粒序列的載體，轉(zhuǎn)化后可以長(zhǎng)出克??；而是去掉端粒序列的，轉(zhuǎn)化后長(zhǎng)不出克隆，因?yàn)樗环€(wěn)定；端粒序列的特征①短的串聯(lián)重復(fù)序列②保守性強(qiáng)：Similarinprotoza原生動(dòng)物,fungi真菌,plants,andmammals;Thesamethroughoutthevertebrates脊椎動(dòng)物;Human:5’-TTAGGG-3’四膜蟲：5’-TTGGGG-3’在外因作用下，染色體可以發(fā)生畸變或斷裂，斷裂的染色體之間又可能發(fā)生融合；為什么斷裂的染色體可以發(fā)生融合，而細(xì)胞中的染色體的末端也是游離的但卻是相對(duì)穩(wěn)定的？（經(jīng)過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，是染色體末端的端粒起作用（讓染色體保持穩(wěn)定）；例如構(gòu)造人造染色體，將一些遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)化到酵母細(xì)胞里，沒(méi)多久染色體都斷裂沒(méi)了，但是如果將端粒序列添加到染色體末端，則就轉(zhuǎn)化成功了。）（左圖是帶有端粒序列的載體，轉(zhuǎn)化后可以長(zhǎng)出克?。欢覉D是去掉端粒序列的，轉(zhuǎn)化后長(zhǎng)不出克隆，因?yàn)樗环€(wěn)定；TEL：端粒DNA序列；ARS:自主復(fù)制DNA序列；CEN：著絲粒DNA序列；）端粒序列的特征（Characteristicsoftelomeresequence）①短的串聯(lián)重復(fù)序列Tandemrepeatsofashortsequence;②保守性強(qiáng)：protoza原生動(dòng)物,fungi真菌,plants,andmammals，vertebrates脊椎動(dòng)物;Human:5’-TTAGGG-3’四膜蟲：5’-TTGGGG-3’末端復(fù)制問(wèn)題即新合成的DNA鏈5’末端RNA引物被切除后變短的問(wèn)題端粒酶（telomerase）：最初是從四膜蟲里面分離出來(lái)的；由RNA和蛋白質(zhì)組成，是一種反轉(zhuǎn)錄酶；以自身RNA為模板，在母鏈的3’端粒末端合成新的端粒序列端粒酶只在生殖細(xì)胞、部分干細(xì)胞和癌細(xì)胞中有端粒酶活性，在正常的細(xì)胞中不具有端粒酶的活性，端粒重復(fù)序列的長(zhǎng)度與細(xì)胞分裂次數(shù)和細(xì)胞衰老（末端復(fù)制問(wèn)題Theend-replicationproblem;先行鏈；滯后鏈；復(fù)制后，RNA引物要切除掉，因此復(fù)制出的新鏈比模板鏈要短，世世代代傳遞下去的話則會(huì)越來(lái)越短）Hayflick界線1961年，Hayflick等人提出，細(xì)胞（至少是體外培養(yǎng)的細(xì)胞）不是不死的，而是具有一定的壽命，它們的增殖能力不是無(wú)限的，而是有一定的界線，這就是Hayflick界線，這是對(duì)當(dāng)時(shí)細(xì)胞不死性學(xué)說(shuō)的徹底否定。癌細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)具有無(wú)限傳代的特性，但是癌細(xì)胞染色體的端粒卻比正常細(xì)胞的要短。經(jīng)研究人們發(fā)現(xiàn)，癌細(xì)胞在經(jīng)過(guò)多次分裂后端?？s短到一定長(zhǎng)度時(shí)，細(xì)胞中就會(huì)具有端粒酶的活性，使得端粒一直維持這一長(zhǎng)度不變。端粒酶的作用示意圖把合成的端粒重復(fù)序列再加到染色體的3‘端另一種端粒變長(zhǎng)的途徑-ALTALT（alternativelengtheningoftelomeres）替代延長(zhǎng)端粒；端粒的選擇性延長(zhǎng)機(jī)制：3’端突出的端粒DNA最終與5-10kb之外的另一條鏈上的TTAGG同源序列配對(duì)形成一個(gè)D環(huán)（或T形環(huán)），以穩(wěn)定端粒末端結(jié)構(gòu)。這一過(guò)程由TRF2(telommererepeatbindingfactor2)催化完成。Thestructureoftelomeres端粒的功能①完成染色體復(fù)制（Completereplicationofchromosome;）（末端復(fù)制問(wèn)題Theend-replicationproblem;先行鏈；滯后鏈；復(fù)制后，RNA引物要切除掉，因此復(fù)制出的新鏈比模板鏈要短，世世代代傳遞下去的話則會(huì)越來(lái)越短）（Howtosolvethe“end-replicationproblem?TelomereandTelomerase;端粒酶：最初是從四膜蟲里面分離出來(lái)的；由RNA和蛋白質(zhì)組成，是一種反轉(zhuǎn)錄酶；以自身RNA為模板，在母鏈的3’端粒末端合成新的端粒序列）（Tetrahymena四膜蟲屬）(端粒酶與DNA結(jié)合→在3’端合成DNA→互補(bǔ)鏈的合成；端粒酶以自己本身含有的一小段RNA序列進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄)(引發(fā)的問(wèn)題：a模板鏈延長(zhǎng)后，盡管引物去掉后新生鏈還是延長(zhǎng)了，但是模板鏈還是延長(zhǎng)的b模板鏈每復(fù)制一次，端粒酶都會(huì)結(jié)合到模板鏈上來(lái)使其延長(zhǎng)，則染色體會(huì)越來(lái)越長(zhǎng))（因此有一些機(jī)制可以調(diào)節(jié)端粒酶進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄的長(zhǎng)度，使端粒長(zhǎng)度保持在一定范圍之內(nèi)）（而且細(xì)胞內(nèi)的外切核酸酶可以識(shí)別它，進(jìn)行剪切）②保護(hù)染色體免遭核酸酶降解（Protectthechromosomesfromnucleaseinfluence;）（端粒突出末端形成端粒環(huán)（t-loop）；防止融合及切除、修復(fù)）③防止染色體末端相互融合（Preventtheendsofchromosomesfromfusing.），即保持染色體的獨(dú)立性和穩(wěn)定性TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2009“forthediscoveryofhowchromosomesareprotectedbytelomeresandtheenzymetelomerase”=4\*GB2⑷端粒、端粒酶與細(xì)胞衰老、癌細(xì)胞（Telomere,telomeraseandcellularaging,cancercell）=1\*GB3①Telomeraseisfoundingermcells,notinsomaticcells.=2\*GB3②Thetelomerelengthofadultisshorterthanthatofyounger.=3\*GB3③Telomereshorteningisthoughttoactivateasuicideprogram.So,telomereshorteningplaysakeyroleinprotectingthebodyfromcancer.90%ofhumantumorscontainanactivetelomerase.補(bǔ)充資料：因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了端粒和端粒酶保護(hù)染色體的機(jī)理，三位美國(guó)科學(xué)家———伊麗莎白·布萊克本、卡蘿爾·格雷德、杰克·紹斯塔克被授予了2009年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這三位科學(xué)家解決了生物學(xué)上的一個(gè)重大問(wèn)題，即在細(xì)胞分裂時(shí)染色體如何進(jìn)行完整復(fù)制，如何免于退化，其中奧秘蘊(yùn)藏在端粒和端粒酶上。他們的研究成果對(duì)癌癥和衰老研究具有重要意義。據(jù)悉，關(guān)于染色體端粒的研究論文最初發(fā)表于1978年，端粒酶的研究則是上世紀(jì)80年代中期的事。這兩項(xiàng)成果很大程度上改變了人們研究染色體的方式，因此，30年后的今天，依然對(duì)癌癥、基因組研究等基礎(chǔ)研究起著重要影響。三位獲獎(jiǎng)?wù)叩难芯砍晒m然從現(xiàn)在來(lái)看，早已不是“最尖端”，但堪稱“很經(jīng)典”。體外實(shí)驗(yàn)：正常的人的成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)此細(xì)胞最多能傳60代，60代以后細(xì)胞就不長(zhǎng)了，就會(huì)死亡，而且檢測(cè)其染色體，發(fā)現(xiàn)端粒變短了（有人提出一種理論“復(fù)制性衰老”；端粒一次次復(fù)制，一次次變短，當(dāng)變短到一定程度，就啟動(dòng)一種機(jī)制，使得細(xì)胞自發(fā)性衰老，這其實(shí)是一種保護(hù)性機(jī)制）；但是如果將端粒酶在細(xì)胞中強(qiáng)制性表達(dá)或超表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)此細(xì)胞可傳上百代，而且上百代以后仍然沒(méi)有衰老的跡象，而對(duì)照組的細(xì)胞已經(jīng)死亡了，說(shuō)明端粒酶表達(dá)以后可以讓端粒長(zhǎng)度維持到一定范圍內(nèi)，與細(xì)胞衰老有聯(lián)系）體內(nèi)實(shí)驗(yàn)：利用小鼠，將編碼端粒酶RNA的基因敲除或者干擾，生出的老鼠第一代沒(méi)事，但是第六代的時(shí)候，小鼠的染色體不穩(wěn)定，相互融合，小鼠活力也下降很多，說(shuō)明端粒的長(zhǎng)短，端粒酶活性的有無(wú)，與細(xì)胞衰老有關(guān)系。因此端粒的長(zhǎng)度就相當(dāng)于衰老的時(shí)鐘-“生命時(shí)鐘”。是否可以通過(guò)一定技術(shù)在端粒和端粒酶上下功夫，延長(zhǎng)細(xì)胞衰老呢？但是細(xì)胞衰老和個(gè)體衰老是兩個(gè)不同的概念（生物個(gè)體的衰老并不是細(xì)胞衰老導(dǎo)致的，細(xì)胞衰老是源自生物一種死亡程序基因.而生物個(gè)體的衰老是由于體內(nèi)自由基的積累增多,自由基具有很強(qiáng)的氧化性,使生物體衰老.）。如果細(xì)胞不衰老，那容易發(fā)生癌變；因此端粒啟動(dòng)細(xì)胞程序性死亡，其實(shí)是一種保護(hù)機(jī)制；在生殖細(xì)胞和部分干細(xì)胞里面，特別是精原細(xì)胞（生殖干細(xì)胞），端粒酶的活性非常好，在所有體細(xì)胞里則尚未發(fā)現(xiàn)端粒酶的活性。不幸的是，人90%的腫瘤細(xì)胞具有表達(dá)端粒酶活性的能力，使癌細(xì)胞得以無(wú)限制地增殖，體外長(zhǎng)時(shí)間地培養(yǎng)沒(méi)有衰老的跡象；因此可以開發(fā)端粒酶抑制劑優(yōu)勢(shì)補(bǔ)充資料：端?！肆Ｃ秆芯砍晒囊饬x：端粒及端粒酶在細(xì)胞的衰老和癌變方面有著重要的作用1由于解決了細(xì)胞分裂時(shí)染色體如何完整地自我復(fù)制，以及染色體如何受到保護(hù)以免于退化，進(jìn)一步深化了在細(xì)胞水平對(duì)衰老與腫瘤的認(rèn)識(shí)。早在二十世紀(jì)30年代提出的穩(wěn)態(tài)學(xué)說(shuō)，證明了機(jī)體之所以能在不斷變化的環(huán)境中保持穩(wěn)定并長(zhǎng)期生存，是由于機(jī)體內(nèi)存在一整套自動(dòng)調(diào)控裝置和代償潛能，當(dāng)時(shí)只是認(rèn)為只是生物體的一種“本能”。60年代美國(guó)學(xué)者海弗列克通過(guò)人肺二倍體成纖維細(xì)胞體外培養(yǎng)首先發(fā)現(xiàn)首先發(fā)現(xiàn)細(xì)胞首先發(fā)現(xiàn)首先發(fā)現(xiàn)細(xì)胞首先發(fā)現(xiàn)人體細(xì)胞只能進(jìn)行大約60次分裂，這一規(guī)律被稱為“海弗列克極限”；另一位美國(guó)學(xué)者馬丁通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)一步證實(shí)提供細(xì)胞者的年齡每增長(zhǎng)一歲，其細(xì)胞分裂減少0.2次，使人類在細(xì)胞水平上尋找到了人類衰老的原因。80年代初，卡羅爾·格雷德等的研究顯示，端粒長(zhǎng)度的平衡是維護(hù)細(xì)胞分裂能力的必要條件，細(xì)胞每分裂一次，端粒就縮短一點(diǎn)，如果不能得到補(bǔ)償，當(dāng)端粒“磨損殆盡”時(shí)，也就意味著細(xì)胞會(huì)失去分裂能力，逐漸走向衰亡。端粒酶的作用是給染色體延長(zhǎng)端粒，補(bǔ)償縮短的端粒。由于端粒和端粒酶對(duì)染色體的保護(hù)機(jī)制被發(fā)現(xiàn)后，使人類對(duì)生物體壽命的認(rèn)識(shí)深入到了亞細(xì)胞水平。因此，通過(guò)延長(zhǎng)端粒將會(huì)使細(xì)胞保持“年輕化”，從而延長(zhǎng)生命。因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，嬰兒的端粒比成年人長(zhǎng)，克隆羊“多利”之所以早逝，可能是它繼承了母體的端粒長(zhǎng)度比正常出生的羊的端粒短。借助這一開創(chuàng)性工作，使人們更清晰地了解了端粒一端粒酶對(duì)體細(xì)胞壽命的調(diào)控作用及研究前景。多利羊被視為20世紀(jì)最使人震驚的科學(xué)技術(shù)之一，但是還沒(méi)活到羊平均年齡的多利已經(jīng)被實(shí)行安樂(lè)死(2003年2月14日，享年6歲)。早在1999年5月27日，培育多利羊的英國(guó)PPL醫(yī)療公司和羅斯林研究所科學(xué)家組成的一個(gè)研究小組就已發(fā)現(xiàn)，多利的染色體端粒長(zhǎng)度比同年齡普通綿羊要短２０％，幾乎與其6歲的母親（提供細(xì)胞核的母羊）的端粒長(zhǎng)度一樣，據(jù)此，科學(xué)家開始懷疑多利羊不可能活到正常綿羊的年紀(jì)。而在2002年1月科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)多利羊的左后腿患上了關(guān)節(jié)炎這種典型的“高齡病癥”。前不久，多利羊壯年又患上了老年羊常得的肺部感染疾病，這無(wú)疑又加重了科學(xué)家對(duì)克隆動(dòng)物早衰的懷疑。（2003年2月14日，享年6歲的多莉因“老年性疾病”不治安樂(lè)死；Asaresultoftelomereshorteingorothers?）2由于端粒酶活化是體細(xì)胞無(wú)限增殖所必需的，而無(wú)限增殖則是腫瘤的惡性特征之一，因而人們逐漸接受腫瘤細(xì)胞形成的“端?！肆Ｃ浮奔僬f(shuō)。端粒一端粒酶與腫瘤之間存在關(guān)聯(lián)性，是在論文發(fā)表后10多年間逐漸被證實(shí)的，研究發(fā)現(xiàn)，在多數(shù)惡性腫瘤細(xì)胞中，端粒酶有著極高的活化，而在高活性端粒酶作用下，因細(xì)胞分裂而丟失的端粒將被重新合成，變異的細(xì)胞不能進(jìn)入常規(guī)的衰亡過(guò)程，從而出現(xiàn)不受控制的“生長(zhǎng)”，最終形成惡性腫瘤。1990年Harleyc［1］發(fā)現(xiàn)當(dāng)正常人的雙倍體細(xì)胞端粒達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)即開始縮短，并啟動(dòng)停止細(xì)胞分裂的信號(hào)，該細(xì)胞不能進(jìn)一步分裂而衰老死亡，被稱為第一死亡期(M1)。研究證實(shí)，癌基因(SV40T抗原)，抑癌基因(P53和Rb)的突變均能使細(xì)胞逃避Ml，獲得一定的額外增殖能力(并非無(wú)限的增殖，端粒酶仍為陰性)。隨著端粒進(jìn)一步短縮，則進(jìn)入第二死亡期，即細(xì)胞極期(M2)。到達(dá)M2的細(xì)胞大部分壽命達(dá)到極限而死亡，繼續(xù)生存下來(lái)的細(xì)胞則具有無(wú)限增殖能力，且端粒酶呈陽(yáng)性，這類有幸生存下來(lái)的細(xì)胞即腫瘤細(xì)胞，自從Kim(1994)建立端粒重復(fù)序列擴(kuò)增技術(shù)(PCR—TRAP)檢測(cè)端粒酶以來(lái)，幾乎所有的人類惡性腫瘤中均發(fā)現(xiàn)有端粒酶強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)，一般都在85％以上，有的甚至報(bào)道高達(dá)100％。如Shay等總結(jié)了正常組織(196例)、原位癌(410例)、惡性腫瘤(2031例)和癌旁組織(690例)中端粒酶的陽(yáng)性率，它們分別為0.5％、30.0％、85.0％和11.0％。也有人在動(dòng)態(tài)觀察大鼠皮膚癌發(fā)展過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，其初期只有低活性的端粒酶表達(dá)，隨著腫瘤惡性程度的增加，端粒酶活性亦逐漸增強(qiáng)。因此，不少學(xué)者指出，端粒酶活化有可能是所有惡性腫瘤發(fā)生過(guò)程中的一個(gè)必經(jīng)通路：首先是癌基因激活和／或抑癌基因失活，以及細(xì)胞凋亡過(guò)程受阻，最終導(dǎo)致端粒酶代償性活化，從而導(dǎo)致細(xì)胞端粒的損耗和重新合成達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，腫瘤細(xì)胞得以無(wú)限制繁殖發(fā)現(xiàn)端粒酶和端粒對(duì)染色體的保護(hù)機(jī)制，更大的價(jià)值應(yīng)該體現(xiàn)在腫瘤治療上；希望通過(guò)不同途徑抵制腫瘤細(xì)胞中端粒酶活性，從而使腫瘤細(xì)胞失去“瘋長(zhǎng)”的動(dòng)力，如果利用端粒和端粒酶，在腫瘤細(xì)胞中“多”，在正常細(xì)胞中“少”這一特殊性，開發(fā)只針對(duì)端粒酶起作用的治療藥物和方式，相信其副作用必定較傳統(tǒng)的放,化療而言，相對(duì)要小得多。但在全球范圍內(nèi)，包括利用端粒和端粒酶對(duì)染色體的保護(hù)機(jī)制來(lái)攻克腫瘤的各種科研探索正在進(jìn)行，尚未真正用于臨床，仍有很多不解之謎。除了上述衰老和腫瘤的關(guān)系外，目前已有大量報(bào)道揭示了端粒和端粒酶與神經(jīng)系統(tǒng)疾病，心血管疾病，自身免疫性疾病，遺傳性疾病等關(guān)系密切，例如在遺傳性再障中，可發(fā)現(xiàn)人體造血干細(xì)胞端粒酶發(fā)生基因突變，導(dǎo)致細(xì)胞過(guò)早凋亡。由于端粒是細(xì)胞染色體的基本結(jié)構(gòu)與細(xì)胞再生密切相關(guān)，因此可以預(yù)見，隨著該領(lǐng)域被更加廣泛地關(guān)注，會(huì)有更多疾病被發(fā)現(xiàn)與端粒或端粒酶結(jié)構(gòu)與功能異常有關(guān)。更需要關(guān)注的是要分清楚這種結(jié)構(gòu)與功能的異常，究竟是原因還是結(jié)果，這對(duì)進(jìn)一步開發(fā)相關(guān)的診斷和治療手段會(huì)起到指導(dǎo)作用。有關(guān)端粒酶活性的檢測(cè)，也在衰老和癌癥領(lǐng)域開展了較多的研究和應(yīng)用嘗試，但還無(wú)突破性應(yīng)用性成果產(chǎn)生。Istherethe“end-replicationproblem”inbacteria?Howbacteriasolvethisproblem?原核細(xì)胞染色體末端有沒(méi)有復(fù)制問(wèn)題？例如細(xì)菌，染色體呈環(huán)狀，因此不存在末端復(fù)制問(wèn)題，染色體帶型核型(karyotype) 是指染色體組在有絲分裂中期的表型,包括染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。核型模式圖(idiogram) 將一個(gè)染色體組的全部染色體逐個(gè)按其特征繪制下來(lái),再按長(zhǎng)短、形態(tài)等特征排列起來(lái)的圖象稱為核型模式圖,它代表一個(gè)物種的核型模式。染色體顯帶技術(shù)經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對(duì)染色體進(jìn)行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋(band)的方法-一類是產(chǎn)生的染色帶分布在整個(gè)染色體長(zhǎng)度上，如G、Q和R帶-一類是局部性顯帶，它只能使少數(shù)特定區(qū)域顯帶，如C、T和N帶Howtopreparechromosomes?（植物凝集素PHA，能夠刺激淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化；秋水仙素，可以破壞紡錘體；低滲的作用，使大量紅細(xì)胞破壞，而且可以使染色體分的比較開）(Humanmitoticchromosomesandkaryotype人類有絲分裂染色體和染色體核型)特殊染色體-多線染色體存在于雙翅目昆蟲的幼蟲組織細(xì)胞內(nèi)來(lái)源于核內(nèi)有絲分裂多線化的細(xì)胞處于永久間期染色中心多線染色體的帶和間帶都含有基因darkly-stainingbands(b)lighterinterbands(ib)兩種巨大染色體（giantchromorome）燈刷染色體（lampbrushchromosome）幾乎普遍存在于動(dòng)物界的卵母細(xì)胞中，其中兩棲類卵母細(xì)胞的等刷染色體最典型卵母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂第一次分裂時(shí)停留在雙線期的染色體形態(tài)與卵子發(fā)生過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物儲(chǔ)備密切相關(guān)（二）多線腺染色體（polyrenechromosome）果蠅唾腺細(xì)胞全套多線染色體異染色質(zhì)蛋白HP1在多線染色體上的分布（紅色信號(hào)）dCAF-1-p180蛋白的分布（綠色）大部分DNA以染色粒形式存在，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄活性側(cè)環(huán)是RNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域合成的RNA主要為前體mRNA本章概要（一）細(xì)胞核是真核細(xì)胞內(nèi)最大、最重要的細(xì)胞器，是細(xì)胞遺傳與代謝的調(diào)控中心。細(xì)胞核主要由核被膜（包括核孔復(fù)合體）、核纖層、染色質(zhì)、核仁及核體組成。核被膜與核孔復(fù)合體是真核細(xì)胞所特有的結(jié)構(gòu)。核被膜作為細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的界膜，將細(xì)胞分成核與質(zhì)兩大結(jié)構(gòu)與功能區(qū)域。與核被膜相聯(lián)系的核孔復(fù)合體是一種復(fù)雜的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍讖?fù)合體。核質(zhì)之間的大分子主要通過(guò)核孔復(fù)合體實(shí)現(xiàn)頻繁的物質(zhì)交換與信息交流。染色質(zhì)是間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)。一個(gè)雙倍體體細(xì)胞內(nèi)所有DNA的總和的一半構(gòu)成該生物基因組。到目前為止，包括人類在內(nèi)的許多生物（特別是諸多模式生物）的基因組序列已得到解析。真核細(xì)胞染色質(zhì)DNA序列的組成復(fù)雜，包括單一序列、中度重復(fù)序列和高度重復(fù)序列。構(gòu)成染色質(zhì)的蛋白參與DNA遺傳信息的組織、復(fù)制和閱讀。其中組蛋白是染色質(zhì)的基本組成蛋白，與DNA的結(jié)合沒(méi)有序列特異性；非組蛋白多數(shù)是序列特異性DNA結(jié)合蛋白，是重要的基因表達(dá)調(diào)控蛋白。它們具有不同的結(jié)構(gòu)模式，形成不同的DNA結(jié)合蛋白家族。本章概要（二）核小體是構(gòu)成染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，每個(gè)核小體由組蛋白八聚體核心及200

bp左右的DNA和一分子組蛋白H1組成。染色質(zhì)組裝是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，它與DNA復(fù)制、修復(fù)和重組直接相關(guān)。間期染色質(zhì)可分為常染色質(zhì)與異染色質(zhì)兩類。按其功能狀態(tài)染色質(zhì)又被分為活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)。在真核細(xì)胞，染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)有密切關(guān)系。引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的事件和因子包括DNA局部結(jié)構(gòu)與核小體相位的改變、組蛋白的修飾（甲基化、乙?；土姿峄龋?、DNA甲基化、HMG結(jié)構(gòu)域蛋白、特殊RNA分子以及染色質(zhì)重構(gòu)因子等?？蛇z傳的、與核酸序列沒(méi)有直接關(guān)系的控制基因活性的調(diào)控方式稱之為表觀遺傳調(diào)控。染色體是細(xì)胞有絲分裂時(shí)遺傳物質(zhì)存在的特殊形式，是間期染色質(zhì)緊密組裝的結(jié)果。中期染色體具有比較穩(wěn)定的形態(tài)。要確保其正常復(fù)制和穩(wěn)定遺傳，染色體起碼具備3種功能元件:一個(gè)DNA復(fù)制起始點(diǎn)、一個(gè)著絲粒和兩個(gè)端粒。細(xì)胞染色體組在有絲分裂中期的分布稱為核型。核型具有物種特異性。此外，在某些生物的細(xì)胞中，特別是在發(fā)育的某些階段，可以觀察到特殊的巨大染色體，包括多線染色體和燈刷染色體。本章概要（三）核仁是真核細(xì)胞間期核中最顯著的結(jié)構(gòu)，其形態(tài)、大小隨細(xì)胞類型和細(xì)胞代謝狀態(tài)不同而變化。核仁普遍存在三種基本組分：纖維中心（FC）、致密纖維組分（DFC）和顆粒組分（GC）。核仁的主要功能涉及核糖體的生物發(fā)生。核仁是一種高度動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，在有絲分裂過(guò)程表現(xiàn)出周期性地解體與重建。除核仁之外，細(xì)胞核中也存在其他一些亞核結(jié)構(gòu)，最典型的例子就是核體。在真核細(xì)胞的核內(nèi)除染色質(zhì)、核膜、核仁及一些亞核結(jié)構(gòu)外，還有一個(gè)以蛋白質(zhì)成分為主的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，即核基質(zhì)。這一結(jié)構(gòu)體系可能與DNA復(fù)制、基因表達(dá)和染色體組裝等有密切關(guān)系。第三節(jié)核仁（Nucleoli，Nucleolus）核仁是真核細(xì)胞間期核中最顯著的細(xì)胞器，在活細(xì)胞用普通光學(xué)顯微鏡便可看到，這是由于核仁的折光性強(qiáng)，與細(xì)胞其他結(jié)構(gòu)可顯出明顯的界限。在細(xì)胞核內(nèi)呈濃密的球狀小體。據(jù)報(bào)道，這個(gè)細(xì)胞器最早是有Fontana于1881年首次發(fā)現(xiàn)。一、核仁超微結(jié)構(gòu)電鏡下可明顯地區(qū)分出三種基本結(jié)構(gòu)組分：1纖維中心（fibrillarcenters，F(xiàn)C）是包埋在顆粒組分內(nèi)部的一個(gè)或幾個(gè)淺染的低電子密度的圓形結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)是rDNA（可通過(guò)電鏡細(xì)胞化學(xué)和放射自顯影驗(yàn)證）。通常認(rèn)為FC是染色體NORS的間期核副本。2致密纖維成分（densefibrillarcomponent，DFC）是核仁結(jié)構(gòu)中電子密度最高的組分，呈環(huán)形或半月形包圍FC，由致密的纖維構(gòu)成，實(shí)質(zhì)是rDNA進(jìn)行活躍轉(zhuǎn)錄合成rRNA的區(qū)域。3顆粒組分（granularcomponent，GC）是正在加工成熟的核糖體亞單位前體顆粒，直徑約在15—20nm，實(shí)質(zhì)為rRNA—Pro性質(zhì)。4核仁相隨染色質(zhì)核仁周染色質(zhì)：包繞在上述三種結(jié)構(gòu)外圍；核仁內(nèi)染色質(zhì)：深入到核仁內(nèi)部。5核仁基質(zhì)（nucleoplasm）是上面幾種成分的存在環(huán)境，應(yīng)用Rnase和Dnase處理核仁后的殘余結(jié)構(gòu)組分，又稱核仁骨架。在間期核非染色或染色很淺，主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，懸浮各種酶類及大分子。這部分實(shí)際上與核基質(zhì)（核液）相通，故有人認(rèn)為它們屬同一物質(zhì)。二、核仁的主要功能是制造核糖體，更確切的說(shuō)，是核糖體主要成份rRNA的合成加工及核糖體大、小亞單位裝配的場(chǎng)所。1rRNA的合成2rRNA前體的加工在不同生物，初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（rRNA前體）大小不同，哺乳類為45srRNA（13000個(gè)核苷酸）、果蠅為38srRNA、酵母為37srRNA。分別被加工、切割成不同大小的rRNA分子。小分子核仁核糖核蛋白（snoRNPs）作為引導(dǎo)RNA（guideRNA）參與加工編輯過(guò)程。3核糖體亞單位的裝配約30分鐘成熟的小亞單位開始出現(xiàn)在細(xì)胞質(zhì)，而大亞單位則在1小時(shí)后才裝配完畢。（這個(gè)過(guò)程是不可逆的）（RNA轉(zhuǎn)錄的特征：含有rDNA的10條間期染色質(zhì)以袢環(huán)形式伸進(jìn)核仁內(nèi)；NOR