Cell：利用CRISPR輔助的納米顯微技術(shù)揭示端粒酶探查端粒機制
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發(fā)布時(shí)間：2016-08-22
當染色體復制時(shí)，它的末端會(huì )發(fā)生磨損。這沒(méi)有什么大問(wèn)題：染色體的末端有額外的纏繞，因此這種磨損不會(huì )到達染色體的主體部分，在那里有重要的信息貯存著(zhù)。這種額外的纏繞被稱(chēng)作“端?！?。隨著(zhù)時(shí)間的推移，在多次復制后，這種端粒發(fā)生降解，直到染色體丟失它的保護性末端，因而這種磨損會(huì )到達染色體的主體部分，從而破壞染色體和導致細胞死亡。
這非常不錯---最終的細胞死亡本就是它應當這樣的。若沒(méi)有細胞死亡，就會(huì )產(chǎn)生細胞永生性，而當存在細胞永生性時(shí)，就表明有癌癥存在。在端粒遭受降解時(shí)，癌細胞也同樣快速地延長(cháng)端粒從而抵消它們的降解。癌細胞是利用端粒酶填補端粒來(lái)做到這一點(diǎn)的?；旧?，當端粒酶發(fā)現端粒和附著(zhù)到它的上面時(shí)，它就將一種DNA重復序列添加到已經(jīng)存在于端粒上的這種DNA重復序列上，延長(cháng)這種端粒，從而為染色體添加上保護性末端。
腫瘤學(xué)家和癌癥研究人員希望端粒酶不會(huì )發(fā)揮這樣的作用。如果沒(méi)有這種持續的端粒修復，染色體最終將會(huì )降解，癌細胞就會(huì )死亡。如果沒(méi)有端粒酶與端粒之間的相互作用，癌細胞將會(huì )死亡。
在一項新的研究中，美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校生物前沿研究所主任、特聘教授和諾貝爾獎得主Thomas Cech博士利用CRISPR基因編輯技術(shù)、活細胞和單分子顯微鏡，首次實(shí)時(shí)地觀(guān)察端粒酶和端粒之間的這種至關(guān)重要的相互作用。相關(guān)研究結果于2016年8月11日在線(xiàn)發(fā)表在Cell期刊上，論文標題為“Live Cell Imaging Reveals the Dynamics of Telomerase Recruitment to Telomeres”。
Cech與論文共同作者Jens Schmidt和Arthur Zaug觀(guān)察到端粒酶在整個(gè)細胞核中擴散，和進(jìn)行碰撞。端粒酶和端粒在細胞核中并不常見(jiàn)，但有時(shí)湊巧會(huì )看到前者撞擊后者。但是端粒酶附著(zhù)到端粒的中間位置上時(shí)是不會(huì )帶來(lái)任何好處的。為了保護染色體，端粒酶必需附著(zhù)到它的最末端。因此如果端粒酶撞擊到端粒的中間位置，那么它很快脫落下來(lái)，再次嘗試撞擊。Cech和同事們將這成為“探查（probing）”。僅當這種探查導致端粒酶直接撞擊到端粒的末端時(shí)，它才附著(zhù)到端粒上，并且逗留在那里。
Cech說(shuō)，“它就像是通過(guò)網(wǎng)站TripAdvisor---編者注：一家提供旅游目錄信息和旅游相關(guān)評論內容的旅游網(wǎng)站---尋找你想要逗留的地方。你尋找不同的旅館，最終你發(fā)現具有你想要的所有特征的一家旅館?！?/span>
Cech將這種機制稱(chēng)作為“一種罕見(jiàn)的小機器在復雜的細胞核地貌中以一種貌似最為簡(jiǎn)便的途徑發(fā)現它的罕見(jiàn)的著(zhù)陸位點(diǎn)?！?/span>
考慮一下：端粒酶在整個(gè)細胞核中均勻地擴散。當它碰巧撞擊到端粒上的某個(gè)位置時(shí)，它短暫地附著(zhù)在那里，因而增加端粒附近的端粒酶濃度和讓端粒酶有更高的幾率撞擊到端粒上的它能夠安全地附著(zhù)的地方。
Cech團隊能夠利用CRISPR DNA編輯技術(shù)將一種基因插入到制造端粒酶的基因上。這種插入的基因編碼一種附著(zhù)到端粒酶上的熒光蛋白。他們隨后利用一些人稱(chēng)作為納米顯微鏡的顯微技術(shù)觀(guān)察這種熒光蛋白。
在此之前，足夠仔細觀(guān)察單個(gè)蛋白發(fā)生的熒光需要先將細胞固定，隨后利用顯微鏡可視化觀(guān)察它。它會(huì )產(chǎn)生快照圖片。在這種倍率下，觀(guān)察活細胞內這個(gè)過(guò)程的能力就像是拍攝視頻。
Cech說(shuō)，“利用固定細胞成像技術(shù)，我們不能夠觀(guān)察到細胞的動(dòng)態(tài)行為?？焖贁U散的端粒酶是觀(guān)察不到的，會(huì )被沖洗掉或者淹沒(méi)在背景信號中?！?/span>
Cech指出這種CRISPR輔助的納米顯微鏡（CRISPR-aided nanoscopy）技術(shù)將可能被端粒研究領(lǐng)域之外的科學(xué)家們使用。他也希望這一發(fā)現將有助于篩選抗端粒酶藥物。
Cech說(shuō)，“就現在而言，我們還沒(méi)有很好的端粒酶抑制劑。我們并不知道我們的第一代端粒酶抑制劑藥物在哪個(gè)步驟上發(fā)揮干擾作用，因此我們并不知道如何優(yōu)化這些具有抗癌效應的候選藥物?！彼幬镒柚苟肆Ｃ附M裝嗎？它阻止端粒酶移動(dòng)到端粒附近嗎？它阻止探查嗎？它阻止端粒酶發(fā)現端粒末端嗎？
Cech說(shuō)，“知道一種藥物在哪一個(gè)步驟上阻斷端粒酶延長(cháng)端粒的能力可能能夠廣泛地用于治療各種癌癥?！?span style="font-size:14px;">（轉載于生物谷）
