端粒和端粒酶的作用

端粒和端粒酶的作用摘要逐渐缩短。中晚期恶性肿瘤一个特点是连续的细胞分裂，几乎普遍相关的能力与端粒长度的端粒酶的活化的稳定化。端粒酶和较短的端粒在人体中的压制可能已经进化，部分作为抗癌保护机制。虽然仍有许多我们不理解端粒酶的调控，它仍然是一个非常有吸引力，癌症治疗新靶标。这次审查的重点的当前状态一日千里的端粒酶区域，确定悬而未决的问题，并解决地区和方法这需要细化。启示：尽管最近很多进展，端粒酶仍是癌症治疗的一个具有挑战性的目标。很少有端粒酶定向疗法，许多检测方法用于测量端粒和端粒酶有严重的局限性。本文综述了该领域的现状的概述如何最新进展可能会影响未来的研究和治疗方法。介绍历史背景端粒末端转移酶（端粒酶）的酶活性（未编码部件的基因的鉴定端粒酶）于1985年发现了单细胞器官主义四膜虫（1）。在将近十年后，端粒酶是描述为先进的人力几乎普遍的标记癌症（2,3），但直到1997年，催化蛋白质组分分离，首先在酵母（4）和不久此后在人类（5，6）。它众所周知，端粒逐渐增加年龄缩短在体外和体内（7-14），并结合了一系列的致癌变化，短的端粒细胞衰老逃生和成仙（图1），一般通过激活或上调端粒酶。大多数人类肿瘤（85％-90％），不仅组成性表达端粒酶（2），但也有短的端粒，而端粒酶活性是最正常的缺席组织或正常过境放大是高度管制干细胞样细胞，使得端粒酶抑制的有吸引力的靶标对癌症治疗剂（2）。端粒酶是一种逆转录酶，增加了新的DNA到，它们位于在染色体（1，15-17）的端部的端粒。虽然端粒的重要性被确认为一个长的时间（18-19），该DNA序列端粒是一个较为最近发现（20-21）。在哺乳动物中端粒由六聚体长大片TTAGGG核苷酸重复和相关蛋白复合物称为端粒蛋白复合体（22-23）。该端粒蛋白复合体复杂的保护从终端到终端的融合和降解染色体形成特殊的叔环状结构（24），因此，掩蔽从染色体最顶端被认可为双链DN断裂。该TTAGGG重复缩短与每个由于“末端复制问题”细胞分裂（25，26）氧化损伤，以及A其他仍然知之甚少后台处理事件。当几个端粒变得至关重要缩短，有一个生长停滞状态，在该时间一DNA-损伤信号和细胞衰老，通常被触发（27-29）。在没有其他的改变，细胞可以保持在多年来静止/衰老的状态，这可以被认为是肿瘤抑制机制的至少为长寿命物种如人类。这是一个常见的误解是正常的衰老细胞凋亡和死亡。它现已认识到衰老细胞能分泌可十字形因素EnCE的与年龄有关的疾病（30）和保持存活，但不分割为长时间。因此，随着年龄增加它认为有衰老的一个逐渐累积细胞可能影响老化的某些方面。相比之下，人类癌症（从上皮组织衍生肿瘤）几乎普遍通过绕过细胞衰老和DNA损伤诱导的抑制性信号传导途径上调端粒酶。调节端粒酶活性存在于正常交通放大干细胞样细胞的子集，但在分化，端粒酶再次沉默。然而，一些短暂扩充细胞可能积累致癌变化，致瘤，并表达端粒酶。在人体细胞衰老从旁路或逃避可以通过废除重要的细胞周期检查点基因[如TP53（P53），CDKN1A（P21）实验证明，CDKN2A（p16基因的INK4a）和RB1（pRb的），从而增加可能引发的癌前细胞分裂的数量细胞（31-34）。最终，细胞进入状态称为“危机”这是一个时期，细胞分裂和死亡是平衡的。在危机中，由于染色体融合到底有染色体破损熔合桥事件，导致基因组不稳定性，染色体重排，并最终活化端粒酶和进展的或上调恶性癌症（图2）。端粒酶在大约85％的被检测到90％的恶性肿瘤（2，3），使得它更精确机制-的发展非常有吸引力的目标基于癌症治疗。希望是这样的治疗可能对正常端粒酶沉默的细胞很少或没有毒性也许是有限的端粒酶表达transit放大干细胞的效果。然而，它已经过了二十年自端粒酶被认为是一个很好的目标癌症治疗，但目前还没有获得批准端粒酶针对性疗法。在这次审查中，一些的原因，这种缺乏进展情况进行了讨论。另外，虽然已经有最近在了解了结构的一些重大进展端粒酶（16，17，35）的，仍然存在一些关键那些没有得到充分解决或已问题曲解。为了促进端粒和端粒酶领域，这些方面需要仔细考虑。目前的区域研究和争议在这次审查中，端粒/端粒酶领域的突出问题进行了讨论（表1）。有关背景信息，读者可以参考另一个最近的一篇评论（36）。癌症与端粒酶近的人类肿瘤类型的完整光谱具有被证明是端粒酶阳性（2，3）。在一般情况下，恶性肿瘤是通过端粒酶表达特征，与容量为无限的细胞增殖相关，而大多数是良性的，恶变前肿瘤的特点由于缺乏端粒酶（3）。在体细胞突变人端粒酶逆转录酶基因（叔）的近端启动子，现在被认为是最常见的非编码基因突变的癌症。例如，绝大多数原发黑色素瘤（67％-85％），胶质母细胞瘤（28％-84％）的，脂肪肉瘤（74％-79％），和尿路上皮癌（47％）含有TERT启动子突变和额外的肿瘤类型是被报告几乎每周（37-44）。它不知道为什么一些常见的癌症，如肺癌，结肠癌，卵巢癌，食道癌，胰腺癌，乳腺癌，和前列腺癌，没有一个TERT启动子突变的高频率（42）。通常，没有或非常小的百分比（10％）的启动子突变在这些癌症类型。尽管这可能用另外的将来的研究改变，它也可以是特定的易患细胞的致癌变化的星座癌前病变TERT启动子突变。改变-本身，TERT启动子突变似乎有些组织中更常见不具有电池的高率营业额（自我更新;参考40），但例外情况，如口腔癌，已经存在（40）。虽然这是认为这些突变激活端粒酶活性（由叔启动子区转换保守区域到ETS转录因子结合位点），以允许为晚期癌症所需的连续的细胞分裂，大部分的关于启动子的因果关系分子步骤突变端粒长度维修仍下落不明。以前，有报道说一些癌症不具有检测的端粒酶活性，以及这些经常导致自发癌症缓解（45，46）。这些例子说明一个不需要有端粒酶活性，开发癌症，但维持端粒的机构需要对于晚期肿瘤（45-47）的持续增长。在几乎所有的人类癌症，癌症突发的永生细胞发生了激活或端粒酶的上调;然而，另一种机制也可以逆转端粒耗损，以绕过衰老，这被称为另类端粒（ALT）和延长端粒涉及（48）之间的DNA重组。在ALT途径是不常见在癌但出现在软组织肉瘤和其他一些不太常见的肿瘤类型，但目前有无定向疗法的ALT途径（48）。此外，非常小的端粒酶被要求保持最短的端粒。先前，已显示的，即使1％的在典型的晚期癌症水平观察端粒酶是足以保持最短端粒（49），并在正常细胞中，短期（〜2周）的端粒酶的表达足以对细胞的增殖寿命（50）的两倍。这些研究表明，端粒酶被招募到最短端粒并且需要非常少的端粒酶的酶活性维持这些短的端粒。这些问题都具有重要的端粒酶疗法的发展的影响（在后面的章节中讨论）。因此，一个可能性是高端粒的端粒酶与显著伸长率水平可能不需要新兴恶性的持续增长细胞。事实上，几乎所有的恶性肿瘤都有非常短的端粒。人们可以推测，如果端粒酶在非常表达高水平，那么端粒可能会大大延长，这可能有不利的后果。替代地，如果端粒酶是未激活充分，那么端粒将继续与继续细胞分裂缩短，细胞将最终停止分裂。因此，不太可能是一个选择性优势具有比足够多的端粒酶工作在极少数最短的端粒。此外，可能有其他的机制来激活端粒酶，如基因扩增，重排（51），或变更在TERT剪接（52）。最后，还有一种可能性，即叔基因可能具有独立维持端粒的功能。最近，已显示在细胞活性染色质标记与TERT启动子突变与TERT表达相关（44）。据报道，突变TERT促销员展出活性染色质的H3K4me2/3标记和招募GABPA/B1转录因子，虽然与野生型TERT等位基因保留后生沉默的H3K27me3标记，并且不招收GABPA/B1转录因子。有趣的是，TERT端粒酶表达正常人启动子突变胚胎干细胞（胚胎干细胞）仅略有增加端粒酶活性（39）。虽然当诱导分化野生型胚胎干细胞的沉默端粒酶活性，端粒酶仍然活跃下分化TERT启动子突变胚胎干细胞条件（39）。因此，单等位基因TERT启动子突变必须在特定肿瘤类型提供选择优势，例如如成胶质细胞瘤，膀胱上皮癌和黑色素瘤，可能通过保持活性的染色质状态（44），或许旁路端粒基于衰老，允许额外的细胞分裂发生其他致癌的变化。与此相反，许多共同实体肿瘤类型没有频繁的TERT启动子突变，而很少是目前已知的，为什么有这样的在启动子突变，或者如果TERT频率大的变化启动子突变足以肿瘤的形成。大部分，但并非全部，癌发生戏剧性端粒端粒酶活化之前缩短，因此一个可能性是大大缩短端粒也改变染色质状态中端粒酶启动子（其是从5P约1.2兆端粒）在不包含TERT启动子突变的癌症。仍然存在许多是根本的问题悬而未决的有关组织端粒酶：•是否TERT启动子突变足以满足正常人体细胞细胞永生那些沉默端粒酶活性（例如，正常成纤维细胞）？•什么是组织特异性的TERT启动子的基础突变？•在什么阶段癌症的发展做TERT启动突变激活端粒酶？它取决于端粒长度，速度细胞更新，或其他基因重排在激活端粒酶的时间呢？恶性转化中端粒酶的作用几乎所有的癌前病变都极为缩短端粒，这可能是一个初始保护机制限制性分裂的最大数量的人类细胞可经历。因此，短端粒基于衰老机制将是一种有效的初始肿瘤抑制机制因为大量的遗传学和表遗传学改变的所需的正常细胞变成恶性的。一罐可以想象，但是，限制在人类细胞的细胞分裂的最大数目将最终导致癌前增殖生长停滞状态称为复制老化或衰老（图3）。因此，衰老可能已经发展成为大型抗癌分子机制长寿命的哺乳动物，以避免癌症在早期的年龄（53，54）。在获得了一系列的变化致癌细胞，复制衰老可以被绕过，最终细胞进入状态称为危机（31，55）。在危机中，端粒太短，端到端融合染色体发生后桥突破性年龄融合周期，然后很少在人类（55）的细胞接合一个机制从危机中逃脱。的分子机制到旁路危机没有得到很好的理解，并且在某些情况一个DNA重组机构接合，而不是端粒酶（48，56）。此外，它很可能是什么是常被称为复制（基于端粒）衰老是实际上这可能是由于不末端的DNA损伤应答端粒缩短但也许细胞培养不足条件（57）。多种机制已经提出了用于接合端粒酶活性。这些措施包括突变/缺失TERT启动子（36-44），叔替代的参与剪接（58，59），TERT基因扩增（60），和后生变化（44）。另一种可能性是，人TERT基因可能autoregulate本身，因为它是非常靠近5号染色体的端粒末端（61）。在大多数大型长寿的树种，TERT也接近端粒，但是在小短命物种如小鼠，TERT不位于靠近端粒。端粒酶必然将不得不慎重在大型长寿命的物种调节，以避免发病初期癌症，而在更小的哺乳动物，例如小鼠，端粒酶被称为是更混杂和最近交系小鼠有很长的端粒与人类相比，但这种情况的原因尚不十分清楚。一个可以推测TERT基因位于附近的端粒在大型和长寿命的物质可被选择用于在进化的时间来调节端粒酶，从而人类发展过程中的最大端粒长度允许（62）。已知的是端粒酶人类早期期间活跃胎儿发育，然后变成在大多数组织沉默在约3至4个月妊娠（62）。因此，当端粒达到在一定初始长度（~15-20KB）人的发展，三维染色质结构涉及长距离端粒位置效应（TPE-旧;裁判。63，64）可沉默TERT基因。由于癌症的一部分进展，如端粒缩短，染色质沉默效果可能变得宽松，从而为端粒酶启动子突变和端粒酶一个宽容的环境激活（图4）。这与观察结果一致所有癌症的近70％是在65和老年段人口。TPE-OLD（长途染色质循环涉及端粒）现已证明数基因，包括ISG15，DSP，C1S，和几个基因以为是在人类疾病facioscapulohmeral重要营养不良（63，64）。因此，完全有可能是TERT在多个层次，包括长途调节端粒循环和染色质修饰。虽然端粒酶引入并表达了已显示永生细胞（65），它本身并不诱导转化的表型（66）。在人成纤维细胞，许多因素都需要实验变换端粒酶阳性的细胞。正常细胞只有异位表达hTERT基因引入正常的展品细胞周期的活动，保持接触抑制，锚地依赖性生长要求，并保持正常核型（66）。因此，存在的细胞机制多样化系统把抑制肿瘤细胞的早期发展在人类。人们可以进一步推断，这些抗癌防御的多重解释相对罕见在最初四十年的生活