頂端一排圖片中每張圖片都顯示在正常的線蟲中發(fā)現(xiàn)的6條染色體。相反,，在底下兩排圖片中,，每張圖片顯示出經(jīng)過基因改造的線蟲存在異常融合的染色體。但是這種經(jīng)過基因改造的線蟲在只依賴ALT途徑來維持端粒的情形下也能夠成功地實(shí)現(xiàn)繁殖,，這就為人們提供一種有價(jià)值的工具來研究ALT途徑,。圖片來自Jan Karlseder和Daniel Lackner。
快速分離的癌細(xì)胞非常擅長修補(bǔ)導(dǎo)致正常細(xì)胞死亡的損傷,，包括端粒的損耗和斷裂,，其中端粒位于每條染色體末端,，起著保護(hù)染色體的作用,。
端粒丟失強(qiáng)迫細(xì)胞不再發(fā)生分裂，而是進(jìn)入被稱作衰老的生長停止?fàn)顟B(tài),，但是癌細(xì)胞通過利用端粒酶來延伸遭受損壞的端粒來逃避這種過程,。
即便端粒酶不能被激活，大約有10%人類癌癥的腫瘤細(xì)胞還擁有一種后備策略來構(gòu)建可供使用的端粒從而能夠繼續(xù)發(fā)生分裂,。這種后備策略被稱作端粒延長替代機(jī)制(Alterative lengthening of telomere, ALT),，但是人們不清楚它是如何發(fā)揮作用的，這是因?yàn)檠芯咳藛T研究它的手段有限,。
如今,，來自美國加州沙克生物研究所(Salk Institute for Biological Studies)的科學(xué)家們構(gòu)建出竭力維持生存的線蟲,，而且該線蟲甚至只依賴ALT途徑來維持端粒而成功地實(shí)現(xiàn)繁殖,。這就為人們提供一種有價(jià)值的工具來修復(fù)ALT途徑，并了解如何阻斷它以便強(qiáng)迫腫瘤細(xì)胞開始衰老,。相關(guān)研究結(jié)果于2012年3月16日發(fā)表在EMBO Journal期刊上,。
沙克生物研究所分子與細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室教授和論文通訊作者Jan Karlseder說，“迄今為止,，我們只能夠在腫瘤細(xì)胞系中研究ALT途徑,。如今我們能夠在線蟲中輕松地篩選抑制或調(diào)節(jié)ALT途徑的化合物和基因,。”
端粒合成途徑的組分是癌癥研究人員首選的研究目標(biāo),。鑒于90%的癌癥利用端粒酶來維持端粒,，不少人對(duì)開發(fā)阻斷端粒酶的藥物的興趣頗大,，但是這些藥物不能用于治療剩下10%的癌癥,，因?yàn)樗鼈兪褂肁LT途徑來維持端粒。而且已有一些證據(jù)表明靶向端粒酶的藥物事實(shí)上可能讓腫瘤細(xì)胞更加依賴ALT途徑,，因此開發(fā)ALT途徑的抑制物就顯得更加迫切,。
這項(xiàng)新研究起源自2008年Karlseder實(shí)驗(yàn)室在《細(xì)胞》期刊上發(fā)表的一篇研究論文,。在那篇論文里,，他們?cè)诰€蟲中讓一個(gè)編碼端粒結(jié)合蛋白CeOB2的基因發(fā)生突變。由此產(chǎn)生的線蟲突變體中端粒是功能性的,，但是要比用端粒酶合成的端?？雌饋砺燥@雜亂。這強(qiáng)烈地提示著當(dāng)遭受生存壓力時(shí),，線蟲細(xì)胞也像人細(xì)胞一樣，能夠開啟ALT途徑,。
在這項(xiàng)新研究中,，Karlseder領(lǐng)導(dǎo)的研究小組將線蟲突變體的存活能力推向極限。他們這次又敲除端粒酶本身,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些雙重突變體能夠在不經(jīng)歷衰老的情況下持續(xù)繁殖,。在過去3年來，一種雙重突變線蟲繁殖了180多代,。
研究人員隨后利用生物化學(xué)方法證實(shí)這些雙重突變體完全依賴ALT途徑來維持端粒,。它們利用這種途徑構(gòu)建的端粒要比用端粒酶制造的端粒較為雜亂，但是跟人癌細(xì)胞利用ALT途徑產(chǎn)生的染色體端粒在長度和整體結(jié)構(gòu)上比較類似,。
這些雙重突變線蟲(double mutant worm)也含有端粒DNA束(wisps of telomeric DNA)---它們是ALT途徑特有的副產(chǎn)物---,，從而進(jìn)一步證實(shí)它們是通過ALT途徑而持續(xù)存在的。
有趣的是,，已有其他研究人員報(bào)道過端粒DNA束也在人骨癌患者的血液中存在,，因而有潛力作為依賴ALT途徑而不是端粒酶途徑的癌癥的一個(gè)診斷指標(biāo)。
盡管這些線蟲壽命較長,，但是它們并不是很旺盛地繁殖,。這項(xiàng)研究報(bào)道雙重突變線蟲要比正常的線蟲擁有更少的后代。而且它們當(dāng)中很多擁有融合的染色體,，這可能是因?yàn)樗鼈兠銖?qiáng)維持可供使用的端粒而產(chǎn)生的結(jié)果,。但是重要的是，這些動(dòng)物僅依賴ALT途徑是生育力的，而且它們的基因組表現(xiàn)出在人腫瘤中觀察到的異常,。
當(dāng)前,，研究人員不能預(yù)測(cè)癌癥將使用哪種機(jī)制來維持端粒。Karlseder說,，“骨癌,、胃癌和軟組織癌可能在激活A(yù)LT途徑上要比激活端粒酶途徑更加有效率。我們不知道為什么一種腫瘤偏好其中一種途徑,。我們所知道的是開啟ALT途徑可能是癌癥對(duì)端粒酶抑制作出的反應(yīng),，這就意味著我們必須理解這種途徑。” (生物谷：towersimper編譯)
doi:10.1038/emboj.2012.61
PMC:
PMID:
Organismal propagation in the absence of a functional telomerase pathway in Caenorhabditis elegans
Daniel H Lackner, Marcela Raices, Hugo Maruyama, Candy Haggblom and Jan Karlseder
To counteract replication-dependent telomere shortening most eukaryotic cells rely on the telomerase pathway, which is crucial for the maintenance of proliferative potential of germ and stem cell populations of multicellular organisms. Likewise, cancer cells usually engage the telomerase pathway for telomere maintenance to gain immortality. However, in ~10% of human cancers telomeres are maintained through telomerase-independent alternative lengthening of telomeres (ALT) pathways. Here, we describe the generation and characterization of C. elegans survivors in a strain lacking the catalytic subunit of telomerase and the nematode telomere-binding protein CeOB2. These clonal strains, some of which have been propagated for >180 generations, represent the first example of a multicellular organism with canonical telomeres that can survive without a functional telomerase pathway. The animals display the heterogeneous telomere length characteristic for ALT cells, contain single-stranded C-circles, a transcription profile pointing towards an adaptation to chronic stress and are therefore a unique and valuable tool to decipher the ALT mechanism.
