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端粒的结构与功能与细胞衰老有密切联系,随着体细胞有丝分裂次数增加,端粒重复序列将逐渐丢失,导致染色体端粒长度逐渐缩短,端粒缩短至一定临界长度时,细胞便停止分裂,进入衰老期.Harley等人提出了细胞衰老的端粒假说,认为端粒长度的变化可以作为细胞有丝分裂能力的生物钟.
端粒酶负责将端粒重复序列TTAGGG添加到染色体末端,补偿了随细胞分裂而出现的端粒丢失,稳定了永生化细胞的端粒长度.端粒酶催化亚基(human TeloIIieraseReverse Tanscriptase,hTERT),hTERT 具有逆转录酶活性,是决定端粒酶活性的关键组份.
DNA甲基化作为重要的表观遗传修饰,通过甲基化DNA结合蛋白与改变染色质结构的相关因子共同作用,调控基因转录活性.一般来说,高甲基化可抑制下游基因的转录,而去甲基化可诱导癌基因的表达.
通过原代细胞培养,建立了胚肾细胞体外快速衰老模型,并从形态学、衰老相关β-ga].染色(Senescence-associated β-gal,SA-β-gal.)两方面印证了该衰老模型.接着我们从端粒长度、端粒酶活性、hTERT 基因表达角度探讨了胚胎体外衰老的分子生物学机制.最后应用甲基化特异性PCR(Methylation specific PCR,MSP),研究了hTERT‘基因启动子区域的甲基化修饰水平.
研究发现,胚肾细胞体外传至16代出现明显衰老表型,细胞体积明显增大,形状扁平,胞浆区域增大,细胞浆/细胞核的比例增加,胞浆中可见较多颗粒或空泡,SA-β-gal染色呈现强阳性.该快速衰老模型的建立,为体外模拟衰老研究奠定了坚实的基础.端粒长度的研究发现12代到20代,端粒长度没有发生明显变化,只是长度动态变异范围增大.端粒酶活性的研究提示12代以后胚肾细胞逐渐失去端粒酶活性,16代细胞完全失去端粒酶活性,hTERT mRNA水平研究进一步印证了该结论.另外,随着细胞走向衰老,其hTERT 基因启动子区域出现甲基化修饰,DNA甲基化可能参与抑制hTERT基因表达.
表观遗传调控是实现高等生物体时空特异性基因表达的关键机制,几乎所有重大疾病的发生都与表观遗传调控的失调有关.我们建立了胚肾细胞体外快速衰老模型,并探讨了表观遗修饰在衰老过程中的作用机制,对于生物体生长发育等正常生命活动的有重要理论指导意义.