Cell新成果：找到關鍵分子！揭秘端粒如何保護細胞不過早衰老

6月29日，發表在Cell雜誌上題為「Telomere Length Determines TERRA and R-Loop Regulation through the Cell Cycle」的研究中，科學家們進一步揭示了端粒的秘密。他們發現，一種稱為TERRA的RNA分子能夠有助於確保極短的（或者破損的）端粒再次得到修復。這一成果為老化和癌症中細胞衰老和生存的調節機制提供了新的見解。

端粒縮短是一把「雙刃劍」

端粒是染色體末端的一種保護性結構，對維持人類基因組的穩定至關重要。打個比方說，端粒就像「鞋帶兩頭的塑料封套」，保證鞋帶不會鬆開。但端粒自身也有壽命，它被稱作「生命時鐘」。在細胞的一生中，端粒會隨著細胞每一次的分裂而逐漸變短，保護作用也會變得越來越小。當端粒已經太短時，這對細胞來說是一個信號，即，它們的遺傳物質被破壞了，細胞就會停止分裂。

端粒縮短和細胞分裂減少被認為是衰老的標誌，可能促進了衰老進程。然而，端粒縮短也是一種對抗癌症的防禦機制，因為高度增殖的細胞只有當它們的端粒不縮短時才能分裂。因此，端粒縮短其實是一把「雙刃劍」，必須被嚴格調控，從而在衰老和癌症預防之間取得平衡。當一個端粒在細胞生命的早期意外縮短時，它需要被修復，從而使得細胞不會過早衰老。

參與修復的關鍵角色——TERRA

該研究的通訊作者Brian Luke教授說：「你必須要在癌症預防和衰老之間找到某種平衡。端粒是兩者之間的紐帶，所以，弄清楚端粒的維修機制真的非常重要。」Luke教授和他的實驗室很想知道，細胞是如何識別這些縮短和受損的端粒的。此外，他們還想明確，哪些因素對促進短端粒的修復至關重要。這些信息將有助於理解細胞為什麼會衰老或繼續生長。

在這篇最新的論文中，科學家們鑒定出了參與端粒修復的關鍵「角色」——RNA分子TERRA。研究發現，通過直接綁定DNA，TERRA會特異性地在極短的端粒末端聚集，並向細胞發出信號，告知這些端粒需要被修復了，從而保證細胞能夠繼續分裂。

Luke教授說：「我們已經知道，短端粒對決定細胞衰老起著關鍵作用，但我們並沒有真正弄清楚短端粒的哪些特徵是重要的。TERRA參與的這一複雜調節系統解釋了短端粒是如何被細胞識別的。」

兩個研究項目「換來」這篇Cell

據了解，實際上，這篇論文是Luke教授實驗室兩個不同的關於端粒的研究項目融合而來的結果。論文的共同第一作者Diego Bonetti原本正在調查細胞周期中TERRA的調節作用，並發現，在細胞周期的不同階段，TERRA的水平是不同的。同時，論文的另外兩位共同第一作者Arianna Lockhart和 Marco Graf當時正在研究TERRA在短端粒上的聚集情況，結果發現，循環TERRA聚集的模式在短端粒和長端粒上是不同的。

兩個研究組後期共同的工作使他們認知到，TERRA實際上在所有端粒上都會積累，但是，在長端粒上，在蛋白質Rat1和RNase H2的幫助下，它會被迅速移除。研究發現，這些蛋白質會優先與長端粒結合，並確保TERRA被移除，但它們不會出現在極短的端粒上，這就意味著，TERRA會保留更長時間。這一機制確保了對短端粒的後續修復，對細胞生存以及保持分裂至關重要。

下一步研究計劃

據悉，這些研究是在酵母中進行的，不過，所有攜帶線性染色體（ linear chromosomes）的有機體都含有端粒和TERRA。科學家們希望他們的成果也能適用於人類。下一步，他們將在人類細胞中調查這些過程，並探索這些過程對衰老和癌症的影響。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！