染色体端粒研究重大发现:疾速进化证据

小鼠的端粒结构比人类的端粒结构更复杂，人类端粒中只需一种POT1，在小鼠中需要两个POTa/b。研究结果发表于近期的《Cell》上，提示用于保护染色体末端的蛋白复合体的进化速度比之前认为的更快。

　　

生物通编译：洛克菲勒大学的研究人员最近发现，小鼠的端粒结构比人类的端粒结构更复杂，人类端粒中只需一种蛋白完成的工作，在小鼠中需要两个蛋白合作完成。研究结果发表于近期的《Cell》上，提示用于保护染色体末端的蛋白复合体的进化速度比之前认为的更快。

端粒是真核细胞染色体末端的一个特殊结构，由一段具有特定重复序列的DNA和shelterin组成，shelterin是维持染色体结构稳定的蛋白复合体。Titia de Lange实验室已经鉴别出许多shelterin的成分，并对这些成分在保护染色体末端不受DNA断裂影响时的相互作用进行了研究。

实验室先前的工作已经证实一种名为TRF2(TTAGGG repeat binding factor-2)的蛋白，其以二聚体形式通过Myb结构域与端粒重复序列TTAGGG结合，并与TRF1、TIN2、Rap1、TINT1及POT1蛋白组成Shelterin蛋白复合物，协同在端粒动态平衡维持过程中起关键作用，进而影响整个基因组的稳定性。TRF2缺失时，端粒活化一种DNA损伤信号，然后迅速对DNA损伤作出反应。TRF2将POT1蛋白一起固定在端粒上，POT1结合于染色体末端单链端粒DNA上。de Lange实验室一直致力于研究POT1在端粒的保护作用中的功能。

de Lange说：“先前，我们移除小鼠细胞中的TRF2，观察到一系列明显的现象：所有的端粒都被束缚在一起，DNA遭到严重破坏，导致细胞死亡。我们推测TRF2的功能是使POT1蛋白结合在DNA上，因此我们希望在移除POT1蛋白的细胞中观察到相同的现象。”于是论文第一作者、研究生Dirk Hockemeyer将POT1蛋白从小鼠细胞中移除。

人类只有一个POT1基因，而de Lange和Hockemeyer惊奇的发现在小鼠基因组中存在两个POT1基因。“两个基因都进行表达，并且都存在于端粒结构中。我们将这两种POT1基因分别称为POT1a和POT1b。

接下来的研究发现，POT1a和POT1b在小鼠细胞中发挥不同的功能。缺失POT1a的细胞DNA会遭到严重破坏，端粒结构不变；缺失POT1b的细胞，DNA不受影响，然而端粒结构发生变化。POT1b被敲除的小鼠生长状况良好，敲除POT1a的小鼠显示早期胚胎致死。

同时敲除POT1a/b发现，尽管DNA遭到严重破坏(与TRF2丢失现象相似)，但是染色体末端却没有出现融合现象。因此，de Lange和Hockemeyer认为POT1a/b在保护端粒免受DNA损伤影响中发挥作用，TRF2的功能是维护端粒的修补途径。

但是这个新的发现又将人类端粒生物学研究推入了一个“尴尬”的境地，因为人类端粒中只有一个POT1基因。是否人类的POT1基因具有POT1a/b的共同的功能？第二种POT1基因是怎样影响shelterin复合体其余部分的？de Lange说：“我研究过染色体中上百种基因，发现这些基因在小鼠和人类细胞中都是一一对应的。端粒复合体进化速度非常快，但是没想到的是速度如此之快，以至于在哺乳动物中都能观察到如此大的进化差异。因此现在在使用嗫齿类动物模型时，我们更应该留心，时刻铭记其基因类型和人类毕竟是有差异的。”生物通记者宗敏