端粒是处于线性染色体末端的核蛋白结构,由重复的、非蛋白编码的DNA序列和所结合的蛋白质复合物构成。端粒保护染色体末端免于DNA损伤、防止DNA损伤信号转导通路激活和非同源末端连接。
人类的端粒DNA由简单的高度重复的TTAGGG序列组成。端粒酶由端粒酶逆转录酶(Telomerase Reverse Transcriptase,TERT)、RNA模板和起稳定作用的蛋白质构成。端粒酶复合物在高度增殖的细胞的端粒3'末端附加核苷酸六聚体。端粒过短可以激活p53介导的细胞凋亡,进而导致器官衰竭和恶性病变。维持端粒长度的相关基因发生突变的话,可导致一系列相关疾病。
美国国家心脏、肺和血液研究所的Winkler T等,从4例再生障碍性贫血、携带端粒酶逆转录酶杂合子突变的或端粒酶RNA组分端粒酶基因的骨髓低增生的患者中提取细胞并诱导出诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)。
研究人员发现,与父系成纤维细胞相比,突变体和对照iPSCs均上调TERT和TERC的表达。但与正常人群来源的iPSCs相比较,突变iPSCs拉长端粒的程度较低,并且该现象和端粒酶活性降低有关。没有证据显示旁路延长端粒(alternative lengthening of telomere,ALT)通路被激活。来自同一患者的iPSC克隆之间和来自于同一突变的克隆之间的端粒长度均有所波动。
克隆异质性和遗传、环境因素有关,但不受转基因重编程基因表达的影响。缺氧会增加突变体和正常的iPSC的端粒长度。此外,端粒酶突变的iPSC在体外有的造血细胞分化缺陷的表现,和患者的临床表型类似,表明可以利用iPSCs模型研究人类端粒疾病。
研究表明,在对iPSCs疾病模型的研究中,有必要研究其多克隆性。(作者:赵永刚)
参考文献:《Journal of Clinical Investigation》 2013;123:1952-1963