遗传Hereditas(Beijing)2016年4月，38(4)：289-299 www.chinagene.cn 综述 端粒酶调控研究进展 营孙阳，熊加秀，麦洪旭，林佳佳，姜丽娜，程龙，叶棋浓 军事医学科学院生物工程研究所，北京100850 摘要：端粒酶主要包括催化组分端粒酶逆转录酶(Telomerase reverse transcriptase,TERT)和端粒酶RNA组分 (Telomerase RNA component,.TERC),二者与其他端粒酶复合体亚基共同组装成具有延伸端粒末端功能的全酶， 在细胞衰老和肿瘤发生过程中发挥关键的作用。端粒酶调控的分子机制复杂，调控过程包括组装前各组分的转 录调节、转录后调控、翻译后修饰以及亚细胞定位的调控，还包括组装过程中各组分的运输和装配的调控，以 及组装后募集到端粒末端的调控。本文从以上几个方面对端粒酶的调控机制进行了综述，旨在为端粒酶相关领 域的研究以及开发以端粒酶为靶点的药物奠定理论基础， 关键词：端粒酶；端粒；调控 Advances on the regulation of telomerase Sunyang Ying,Jiaxiu Xiong,Hongxu Mai,Jiajia Lin,Lina Jiang,Long Cheng,Qinong Ye Beijing Institute of Biotechnology,Beijing 100850,China Abstract:Telomerase is composed of the catalytic subunit TERT(Telomerase reverse transcriptase).RNA subunit TERC (Telomerase RNA component)and other telomerase associated proteins.These two compartments with other telomerase subunits can assemble a holoenzyme,which maintain the length of telomeres.Telomerase plays important roles in cell senescence and tumor formation.The molecular mechanisms of the regulation of telomerase are very complicated.These processes comprise the regulation of transcription,post-transcription,post-translation and subcellular localization.Trafficking and assemble of TERT and TERC,as well as recruitment to telomeres,are also involved in this process.Here we review the regulation mechanism of telomerase from these aspects,and aim to laid a foundation for telomerase associated research and the drug targeting the telomerase. Keywords:telomerase;telomere;regulation 端粒(Telomere)是真核细胞线性染色体末端的 称为端粒DNA,由TTAGGG串联重复而成的寡核 一小段DNA与蛋白质的复合体，这一小段DNA又 苷酸序列组成，同时端粒DNA也是一个3'端富含鸟 收稿日期：2015-08-10：修回日期：2015-12-14 基金项目：国家自然科学基金项目（编号：81330053）和北京市科技新星计划项目（编号：Z131102000413034)资助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (No.81330053)and Beijing Novo Program (No.Z131102000413034)] 作者简介：营孙阳，硕士研究生，专业方向：遗传学。Tel:010-66931830;E-mail:929661078@qq.com 通讯作者：叶棋浓，博士，研究员，研究方向：肿瘤分子生物学。Tel:010-66931830:E-mail:yeqn66@yahoo.com 程龙，博士，副研究员，研究方向：肿瘤分子生物学。Tel:010-66931830:E-mail:1onic@163.com D0I:10.16288.yczz.15-356 网络出版时间：2016/3/1512：39：16 URL:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20160315.1239.006.html ?1994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
遗传 Hereditas (Beijing) 2016 年 4 月, 38(4): 289―299 www.chinagene.cn 综 述 收稿日期: 20150810; 修回日期: 20151214 基金项目: 国家自然科学基金项目(编号：81330053)和北京市科技新星计划项目(编号：Z131102000413034)资助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 81330053) and Beijing Novo Program (No. Z131102000413034)]， 作者简介: 营孙阳，硕士研究生，专业方向：遗传学。Tel: 010-66931830；E-mail: 929661078@qq.com 通讯作者: 叶棋浓，博士，研究员，研究方向：肿瘤分子生物学。Tel: 010-66931830；E-mail: yeqn66@yahoo.com 程龙，博士，副研究员，研究方向：肿瘤分子生物学。Tel: 010-66931830；E-mail: flonic@163.com DOI: 10.16288/j.yczz.15-356 网络出版时间: 2016/3/15 12:39:16 URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20160315.1239.006.html 端粒酶调控研究进展 营孙阳，熊加秀，麦洪旭，林佳佳，姜丽娜，程龙，叶棋浓 军事医学科学院生物工程研究所，北京 100850 摘要: 端粒酶主要包括催化组分端粒酶逆转录酶(Telomerase reverse transcriptase, TERT)和端粒酶 RNA 组分 (Telomerase RNA component, TERC)，二者与其他端粒酶复合体亚基共同组装成具有延伸端粒末端功能的全酶， 在细胞衰老和肿瘤发生过程中发挥关键的作用。端粒酶调控的分子机制复杂，调控过程包括组装前各组分的转 录调节、转录后调控、翻译后修饰以及亚细胞定位的调控，还包括组装过程中各组分的运输和装配的调控，以 及组装后募集到端粒末端的调控。本文从以上几个方面对端粒酶的调控机制进行了综述,旨在为端粒酶相关领 域的研究以及开发以端粒酶为靶点的药物奠定理论基础。 关键词: 端粒酶；端粒；调控 Advances on the regulation of telomerase Sunyang Ying, Jiaxiu Xiong, Hongxu Mai, Jiajia Lin, Lina Jiang, Long Cheng, Qinong Ye Beijing Institute of Biotechnology, Beijing 100850, China Abstract: Telomerase is composed of the catalytic subunit TERT (Telomerase reverse transcriptase)，RNA subunit TERC (Telomerase RNA component) and other telomerase associated proteins. These two compartments with other telomerase subunits can assemble a holoenzyme, which maintain the length of telomeres. Telomerase plays important roles in cell senescence and tumor formation. The molecular mechanisms of the regulation of telomerase are very complicated. These processes comprise the regulation of transcription, post-transcription, post-translation and subcellular localization. Trafficking and assemble of TERT and TERC, as well as recruitment to telomeres, are also involved in this process. Here we review the regulation mechanism of telomerase from these aspects, and aim to laid a foundation for telomerase associated research and the drug targeting the telomerase. Keywords: telomerase; telomere; regulation 端粒(Telomere)是真核细胞线性染色体末端的 一小段 DNA 与蛋白质的复合体，这一小段 DNA 又 称为端粒 DNA，由 TTAGGG 串联重复而成的寡核 苷酸序列组成，同时端粒 DNA 也是一个 3′端富含鸟
290 遗传Hereditas(Beijing)2016 第38卷 嘌呤的单链突出序列。研究表明，端粒末端通过3' 进行延伸，同时细胞中也存在一种不依赖端粒酶的端 单链突出侵入到端粒的双链中，形成一个套锁样结 粒延伸机制，称为端粒的替代延伸途径(Alternative 构一Tlo0p,然后端粒结合蛋白与其结合以保持此 lengthening of telomeres,ALT),其主要机制是同源重 结构稳定四。“Shelterin'”复合体由6个特异性结合端 组。大部分癌细胞都利用完整的RNA分子作为端 粒的蛋白构成，包括端粒重复序列结合因子1(TRFI)、粒DNA反转录合成的模板，通过端粒酶依赖途径进 端粒重复序列结合因子2(TRF2)、抑制/激活蛋白 行染色体末端更新。通常情况下，正常细胞的端粒 (RAP1)、端粒保护蛋白1(POT1)、TRFI相互作用核 酶活性主要存在于胚胎细胞、精子细胞和干细胞中， 因子2(TIN2)和TPP1(POT1和TN2组织蛋白)，2。 而体细胞几乎完全缺乏，但是大部分癌细胞具有端 这些蛋白可以特异性结合端粒DNA,具有维持端粒 粒酶活性，为癌症检测和治疗提供了重要靶标。 长度、促进T-loop形成、招募端粒酶(Telomerase) 端粒酶最初在纤毛虫(Tetrahymena thermophila) 到端粒末端并且防止染色质末端作为DNA损伤灶 中发现，是大多数哺乳动物体内负责端粒延伸的特 被识别等功能，。由于DNA的半不连续复制导致 异性反转录酶。端粒酶主要包含两个亚单位：端粒 了染色质末端的不完整，以及端粒面临着核酸酶和 酶RNA模板(Telomerase RNA component,,TERC)和 其他有害因子的危害，因此在每一次细胞分裂后端 具有催化性的反转录酶(Telomerase reverse transcip- 粒都会发生缩短，图1显示了端粒末端的结构。维持 tase,TERT)。其中，TERC包含一个与端粒互补的序 端粒长度的主要机制是通过端粒酶对端粒重复序列 列，是端粒重复序列d(TTAGGG)复制的模板。而端 2~30kb的端粒重复序列 50-300bp的突出末端 TTAGGG] TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAG-3 AATCCCI AATCCCAATCCC AATC-5 Shelterin Shelterin Shelterin Shelterin Shelterin 染色体末端 DNA损伤信号 HR和NHEJ 保护结构的形成 的抑制 信号通路的抑制 B [TTAGGGL TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAG-3 [AATCCCI AATCCCAATCCC AATC-5 TELOMERASE Shelterin Shelterin NUCLEASE Shelterin 抑制过量核酸酶的降解 端粒的正、负调控 图1端粒未端的结构及功能 Fig.1 The structure and function of the telomeric ends A:端粒末端保护结构及其功能：B:端粒长度的动态平衡。 粒的延伸是通过其催化组分TERT完成的，另外一 些端粒/端粒酶相关蛋白与这两个组分结合在一起 ?1994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
290 遗传 Hereditas (Beijing) 2016 第 38 卷 嘌呤的单链突出序列。研究表明，端粒末端通过 3′ 单链突出侵入到端粒的双链中，形成一个套锁样结 构——T-loop，然后端粒结合蛋白与其结合以保持此 结构稳定[1]。“Shelterin”复合体由 6 个特异性结合端 粒的蛋白构成，包括端粒重复序列结合因子 1(TRF1)、 端粒重复序列结合因子 2(TRF2)、抑制/激活蛋白 (RAP1)、端粒保护蛋白 1(POT1)、TRF1 相互作用核 因子 2(TIN2)和 TPP1(POT1 和 TIN2 组织蛋白) [1,2]。 这些蛋白可以特异性结合端粒 DNA，具有维持端粒 长度、促进 T-loop 形成、招募端粒酶(Telomerase) 到端粒末端并且防止染色质末端作为 DNA 损伤灶 被识别等功能[1,3]。由于 DNA 的半不连续复制导致 了染色质末端的不完整，以及端粒面临着核酸酶和 其他有害因子的危害，因此在每一次细胞分裂后端 粒都会发生缩短，图 1 显示了端粒末端的结构。维持 端粒长度的主要机制是通过端粒酶对端粒重复序列 进行延伸，同时细胞中也存在一种不依赖端粒酶的端 粒延伸机制，称为端粒的替代延伸途径(Alternative lengthening of telomeres, ALT)，其主要机制是同源重 组[4]。大部分癌细胞都利用完整的 RNA 分子作为端 粒 DNA 反转录合成的模板，通过端粒酶依赖途径进 行染色体末端更新。通常情况下，正常细胞的端粒 酶活性主要存在于胚胎细胞、精子细胞和干细胞中， 而体细胞几乎完全缺乏，但是大部分癌细胞具有端 粒酶活性，为癌症检测和治疗提供了重要靶标。 端粒酶最初在纤毛虫(Tetrahymena thermophila) 中发现，是大多数哺乳动物体内负责端粒延伸的特 异性反转录酶。端粒酶主要包含两个亚单位：端粒 酶 RNA 模板(Telomerase RNA component, TERC)和 具有催化性的反转录酶(Telomerase reverse transciptase, TERT)。其中，TERC 包含一个与端粒互补的序 列，是端粒重复序列 d(TTAGGG)复制的模板。而端 图 1 端粒末端的结构及功能 Fig. 1 The structure and function of the telomeric ends A：端粒末端保护结构及其功能；B：端粒长度的动态平衡。 粒的延伸是通过其催化组分 TERT 完成的，另外一 些端粒/端粒酶相关蛋白与这两个组分结合在一起
第4期 营孙阳等：端粒酶调控研究进展 291 调控端粒酶的发生和亚细胞定位。一些与端粒酶相 早期表达。除增殖中的细胞与更新中的组织外，大 互作用的蛋白也参与了活性端粒酶复合体的形成， 多数正常体细胞缺乏端粒酶活性。瞬时转染TERT 如一些具有H/ACA box的snoRNA结合蛋白 启动子后，利用荧光素酶实验发现启动子活性升高， [dyskerin、核仁蛋白10NOP1O)和非组蛋白2NHP2) 这也表明端粒酶活性的增加是由于受到启动子调控 等]以及甘氨酸-精氨酸富含蛋白1(GAR1)1。除此之 所致 外，与端粒酶复合体相关的蛋白还有Potin/reptin和 目前有关TERT启动子的研究相当广泛，许多 端粒酶Cajal body蛋白l(TCAB1)等。Potin/reptin 转录因子结合位点都涉及TERT表达量的调控2。 是两个ATP酶，以TERT依赖性的细胞周期调控方 例如，TERT的转录受到Spl的调控(Spl是一个与 式起作用，这两个ATP酶在细胞周期的S期与TERT TATA结合蛋白发生相互作用的通用转录因子)，但 发生相互作用，参与了TERT的装配和重塑，进而 是在TERT启动子中却没有发现明显的TATA box, 形成一个有活性的端粒酶复合体，这个过程可能并 令人惊讶的是Spl结合位点的突变却可以使TERT 非同时发生而是逐步发生的，Pontin/reptin在此过程 启动子活性完全丧失)。端粒酶活性也被癌基因 中的功能可能是帮助TERT与TR-dyskerin RNP复合 (如c-Myc)和抑癌基因（如WTI)所调控。c-mc通过 体的装配或者重构端粒酶复合体I。TCAB1是端粒 结合TERT启动子上的两个E-boxes而影响端粒酶表 酶全酶的一个亚单位，在Cajal body[CB,细胞核内 达，并且在癌细胞中可以观察到c-mvc表达量的增 RNP(核糖核蛋白)加工的场所1里含量丰富，TCAB1 加会引起端粒酶活性的增加3,14。抑癌基因WT1和 对端粒酶功能的发挥至关重要。TCAB1可以与有活 端粒酶启动子结合后，负调节TERT的表达，换而 性的端粒酶、端粒酶相关组分以及小Cajal body 言之，在肿瘤发生过程中，WT1的失活与端粒酶激 RNA(scaRNA,参与RNA剪接修饰)相互作用。利用 活相关。 RNA干涉技术将TCAB1敲除后，打断了TERC和 在泌尿道上皮细胞癌(Urothelial carcinoma,UC) CB的联系，进而造成端粒酶不能运输到端粒末端合 等多种癌症中，TERT启动子以相当高的频率发生突 成端粒。因此TCAB1参与了端粒酶的运输，对癌细 变，但是它们对端粒酶功能的影响还不是很清楚。 胞中端粒的合成至关重要8。 一项对23例病人UC细胞的研究发现这些发生在 端粒酶调控的分子机制是多层次的，调控过程 TERT启动子上的突变与TERT的mRNA、蛋白以及 涉及蛋白和RNA合成、加工、端粒酶装配和亚细胞 端粒酶活性与端粒长度都呈现相关性，如某些位点 定位以及端粒酶到端粒的招募中的每一环节。本 突变的TERT的RNA、蛋白以及端粒酶活性与端 文从端粒酶表达水平的调控、端粒酶装配与运输的 粒长度呈现正相关关系而另一些位点的突变则会呈 调控、端粒末端对端粒酶的调控等几个方面对端粒 现负相关关系。在Borah之前没有人发现TERT启 酶的调控机制进行了综述。 动子突变与UC病人预后具有相关性，Borah等s1 1 端粒酶表达水平的调控 的研究指出在两组独立的UC病人群体中，TERT mRNA的高表达与病人生存期的减少呈现密切的相 1.1TERT的转录水平调控 关关系，其结果表明检测端粒酶活性的诊断方法可 研究表明，正常细胞、危机前细胞或者通过ALT 能比检测TET启动子是否发生突变更加可靠们。 途径延伸端粒的细胞，这些细胞的端粒酶活性不能 转录因子E2F及其家族成员与MZF-2(锌指转 被检测到，进一步研究表明在这些细胞中表达的是 录因子)是细胞内一些抑制TERT转录的因子。TERT TERT的剪接变异体，因此认为在端粒酶复合体调控 可能在转录过程被这些因子抑制，当然TERT的转 中TERT的转录控制起着至关重要的作用。 录抑制也可能是通过TGFβ/Smad信号通路16抑制 在许多细胞和组织中，TERT基因的表达水平与 潜在的激活子（如c-myc)或者通过激活BRCA1(与 端粒酶活性呈正相关关系。人的TERT基因在发育 DNA修复相关的遗传性乳腺癌和卵巢癌抑制因子) ?1994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 4 期 营孙阳等: 端粒酶调控研究进展 291 调控端粒酶的发生和亚细胞定位。一些与端粒酶相 互作用的蛋白也参与了活性端粒酶复合体的形成， 如一些具有 H/ACA box 的 snoRNA 结合蛋白 [dyskerin、核仁蛋白 10(NOP10)和非组蛋白 2(NHP2) 等]以及甘氨酸-精氨酸富含蛋白 1(GAR1)[5]。除此之 外，与端粒酶复合体相关的蛋白还有 Potin/reptin 和 端粒酶 Cajal body 蛋白 1(TCAB1)等[6]。Potin/reptin 是两个 ATP 酶，以 TERT 依赖性的细胞周期调控方 式起作用。这两个 ATP 酶在细胞周期的 S 期与 TERT 发生相互作用，参与了 TERT 的装配和重塑，进而 形成一个有活性的端粒酶复合体，这个过程可能并 非同时发生而是逐步发生的，Pontin/reptin 在此过程 中的功能可能是帮助 TERT 与 TR-dyskerin RNP复合 体的装配或者重构端粒酶复合体[7]。TCAB1 是端粒 酶全酶的一个亚单位，在 Cajal body[CB，细胞核内 RNP(核糖核蛋白)加工的场所]里含量丰富，TCAB1 对端粒酶功能的发挥至关重要。TCAB1 可以与有活 性的端粒酶、端粒酶相关组分以及小 Cajal body RNA(scaRNA，参与 RNA 剪接修饰)相互作用。利用 RNA 干涉技术将 TCAB1 敲除后，打断了 TERC 和 CB 的联系，进而造成端粒酶不能运输到端粒末端合 成端粒。因此 TCAB1 参与了端粒酶的运输，对癌细 胞中端粒的合成至关重要[8]。 端粒酶调控的分子机制是多层次的，调控过程 涉及蛋白和 RNA 合成、加工、端粒酶装配和亚细胞 定位以及端粒酶到端粒的招募中的每一环节[9]。本 文从端粒酶表达水平的调控、端粒酶装配与运输的 调控、端粒末端对端粒酶的调控等几个方面对端粒 酶的调控机制进行了综述。 1 端粒酶表达水平的调控 1.1 TERT 的转录水平调控 研究表明，正常细胞、危机前细胞或者通过 ALT 途径延伸端粒的细胞，这些细胞的端粒酶活性不能 被检测到，进一步研究表明在这些细胞中表达的是 TERT 的剪接变异体，因此认为在端粒酶复合体调控 中 TERT 的转录控制起着至关重要的作用[9]。 在许多细胞和组织中，TERT 基因的表达水平与 端粒酶活性呈正相关关系。人的 TERT 基因在发育 早期表达。除增殖中的细胞与更新中的组织外，大 多数正常体细胞缺乏端粒酶活性[10]。瞬时转染 TERT 启动子后，利用荧光素酶实验发现启动子活性升高， 这也表明端粒酶活性的增加是由于受到启动子调控 所致[11]。 目前有关 TERT 启动子的研究相当广泛，许多 转录因子结合位点都涉及 TERT 表达量的调控[12]。 例如，TERT 的转录受到 Sp1 的调控(Sp1 是一个与 TATA 结合蛋白发生相互作用的通用转录因子)，但 是在 TERT 启动子中却没有发现明显的 TATA box， 令人惊讶的是 Sp1 结合位点的突变却可以使 TERT 启动子活性完全丧失[13]。端粒酶活性也被癌基因 (如 c-Myc)和抑癌基因(如 WT1)所调控。c-myc 通过 结合 TERT 启动子上的两个 E-boxes 而影响端粒酶表 达，并且在癌细胞中可以观察到 c-myc 表达量的增 加会引起端粒酶活性的增加[13,14]。抑癌基因 WT1 和 端粒酶启动子结合后，负调节 TERT 的表达，换而 言之，在肿瘤发生过程中，WT1 的失活与端粒酶激 活相关。 在泌尿道上皮细胞癌(Urothelial carcinoma, UC) 等多种癌症中，TERT 启动子以相当高的频率发生突 变，但是它们对端粒酶功能的影响还不是很清楚。 一项对 23 例病人 UC 细胞的研究发现这些发生在 TERT 启动子上的突变与 TERT 的 mRNA、蛋白以及 端粒酶活性与端粒长度都呈现相关性，如某些位点 突变的 TERT 的 mRNA、蛋白以及端粒酶活性与端 粒长度呈现正相关关系而另一些位点的突变则会呈 现负相关关系。在 Borah 之前没有人发现 TERT 启 动子突变与 UC 病人预后具有相关性，Borah 等[15] 的研究指出在两组独立的 UC 病人群体中，TERT mRNA 的高表达与病人生存期的减少呈现密切的相 关关系，其结果表明检测端粒酶活性的诊断方法可 能比检测 TERT 启动子是否发生突变更加可靠 [5]。 转录因子 E2F 及其家族成员与 MZF-2(锌指转 录因子)是细胞内一些抑制 TERT 转录的因子。TERT 可能在转录过程被这些因子抑制，当然 TERT 的转 录抑制也可能是通过 TGFβ/Smad 信号通路[16]抑制 潜在的激活子(如 c-myc)或者通过激活 BRCA1(与 DNA 修复相关的遗传性乳腺癌和卵巢癌抑制因子)
292 遗传Hereditas(Beijing)2016 第38卷 而完成的。也有研究表明大多数肿瘤都存在p53 另一种调控方式，关于这种方式将在下面详细讨论。 缺陷，p53可能涉及了TERT表达的负性调控。图2 图3描述了TERT的翻译后修饰以及它们如何影响 展示了TERT启动子参与的转录水平的调控机制。 蛋白稳定性、亚核定位以及端粒酶活性的。许多研 研究者在一些细胞中发现TERT的沉默受到表 究表明端粒酶活性的翻译后调控可能通过TERT催 观遗传控制8。首先TERT的启动子位于高度浓缩 化亚单位上特异性的Ser/Thr或者是Tyr残基发生的 的染色质内，与低乙酰化核心组蛋白存在相互作用： 可逆磷酸化修饰。从植物到哺乳动物的TERT推测 其次，甲基化能否调控癌细胞里TERT的表达这个 都存在磷酸化位点。由于多种激酶、磷酸酶的激活 问题虽然还存在争议20，但是一些证据表明组蛋白 子或者抑制子影响磷酸化状态，所以端粒酶磷酸化 和CpG甲基化涉及了TERT的调控2。CTCF是一 状态可能影响其结构、定位或者是酶活性。TERT 个组织染色质结构域的隔离子22，它与TERT的第 蛋白中许多非特异的磷酸化位点已经被预测，其中 一个外显子结合调控TERT的转录，使细胞里TERT 有一些位点至关重要，这些位点的磷酸化影响了端 的表达受到抑制。最后，TERT启动子的激活与周遭 粒酶活性（激活或者抑制）。TERT上的特异性磷酸化 染色质环境的急剧变化也存在关系。 位点存在于脯氨酸富含区域。研究表明至少有两种 激酶涉及了TERT的磷酸化，为了应对辐射损伤，c-Abl 1.2TERT的翻译后修饰 酪氨酸激酶对TERT特异性酪氨酸残基位点磷酸化 支持端粒酶翻译后修饰调控的证据是观察到 的作用导致了端粒酶活性的降低了3倍，缺乏c-Ab1 TERT mRNA水平与端粒酶活性不总是呈相关时发 的鼠表现出端粒酶活性的增加和端粒的延长。过表 现的2)，而且并非所有有端粒酶活性的细胞都能够 达c-Abl后诱导了细胞周期阻滞而抑制了细胞生长。 维持端粒长度，这说明端粒酶RNP的发生和装配是 因为在压力下c-Abl会应答DNA损伤，所以当细胞 C-Jun C-Jun Core promoter 人ER Ap-1 STAT. AP- ATG -3000 2000 -1000 Menin C-Mye,E6,USF 1/2 Survivin,Spl, BRCAI/Nmi LANA,hALP,ER ATG 0=008 TEIF Mad1,Receptor Ck p53,p73, Tax,USF 1/2 Sp3,E2F 图2TERT启动子的结构和转录调控 Fig.2 The structure and transcription regulation of TERT promoter 黑线上方的是激活TERT的蛋白，下方是抑制TERT的蛋白。黑线上是直接结合启动子的蛋白，它们按一定的顺序分布在启动子上。 方框里的蛋白是通过和直接结合在启动子上的蛋白的相互作用而间接行使功能的。 ?1994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
292 遗传 Hereditas (Beijing) 2016 第 38 卷 而完成的[17]。也有研究表明大多数肿瘤都存在 p53 缺陷，p53 可能涉及了 TERT 表达的负性调控。图 2 展示了 TERT 启动子参与的转录水平的调控机制。 研究者在一些细胞中发现 TERT 的沉默受到表 观遗传控制[18]。首先 TERT 的启动子位于高度浓缩 的染色质内，与低乙酰化核心组蛋白存在相互作用[19]； 其次，甲基化能否调控癌细胞里 TERT 的表达这个 问题虽然还存在争议[20]，但是一些证据表明组蛋白 和 CpG 甲基化涉及了 TERT 的调控[21]。CTCF 是一 个组织染色质结构域的隔离子[22]，它与 TERT 的第 一个外显子结合调控 TERT 的转录，使细胞里 TERT 的表达受到抑制。最后，TERT 启动子的激活与周遭 染色质环境的急剧变化也存在关系[18]。 1.2 TERT 的翻译后修饰 支持端粒酶翻译后修饰调控的证据是观察到 TERT mRNA 水平与端粒酶活性不总是呈相关时发 现的[23]，而且并非所有有端粒酶活性的细胞都能够 维持端粒长度，这说明端粒酶 RNP 的发生和装配是 另一种调控方式，关于这种方式将在下面详细讨论。 图 3 描述了 TERT 的翻译后修饰以及它们如何影响 蛋白稳定性、亚核定位以及端粒酶活性的。许多研 究表明端粒酶活性的翻译后调控可能通过 TERT 催 化亚单位上特异性的 Ser/Thr 或者是 Tyr 残基发生的 可逆磷酸化修饰。从植物到哺乳动物的 TERT 推测 都存在磷酸化位点。由于多种激酶、磷酸酶的激活 子或者抑制子影响磷酸化状态，所以端粒酶磷酸化 状态可能影响其结构、定位或者是酶活性。TERT 蛋白中许多非特异的磷酸化位点已经被预测，其中 有一些位点至关重要，这些位点的磷酸化影响了端 粒酶活性(激活或者抑制)。TERT 上的特异性磷酸化 位点存在于脯氨酸富含区域。研究表明至少有两种 激酶涉及了TERT的磷酸化，为了应对辐射损伤，c-Abl 酪氨酸激酶对 TERT 特异性酪氨酸残基位点磷酸化 的作用导致了端粒酶活性的降低了 3 倍，缺乏 c-Abl 的鼠表现出端粒酶活性的增加和端粒的延长。过表 达 c-Abl 后诱导了细胞周期阻滞而抑制了细胞生长。 因为在压力下 c-Abl 会应答 DNA 损伤，所以当细胞 图 2 TERT 启动子的结构和转录调控 Fig. 2 The structure and transcription regulation of TERT promoter 黑线上方的是激活 TERT 的蛋白，下方是抑制 TERT 的蛋白。黑线上是直接结合启动子的蛋白，它们按一定的顺序分布在启动子上。 方框里的蛋白是通过和直接结合在启动子上的蛋白的相互作用而间接行使功能的
第4期 营孙阳等：端粒酶调控研究进展 293 C.abl Nucleolus ERT Nucleus AKT CHIPI Cytoplasm U 图3TERT的翻译后修饰及对端粒酶活性的影响 Fig.3 TERT's post-translation modification and its impact on the telomerase activity 红色箭头表示负调控，绿色箭头表示正调控。 暴露在电离辐射之下就导致了c-Abl诱导的TERT 具有相互作用并且可以使TERT多聚泛素化，使 磷酸化水平的显著增加，这也表明了c-Abl通过磷 TERT不能进入细胞核，最终使得蛋白发生降解。有 酸化TET导致端粒酶活性的抑制和端粒长度变短， 趣的是CHP和TERT的相互作用在G,/M期达到峰 显示出在cAbl和TERT之间存在直接的联系。因 值，在端粒酶对端粒发挥作用的S期减少。因此， 此，c-Abl负调节端粒酶活性。相反，通过AKT介 CHIP在细胞周期中的作用可能是通过控制细胞内 导的TERT磷酸化与端粒酶活性的增加相关，猜测 运输，调节端粒酶活性和TERT稳定性2。 这可能是TERT从细胞质易位到核仁而导致的。 综上所述，TERT的表达在转录和翻译后水平都 泛素化作用也可能影响端粒酶活性，通过酵母 受到调控，同时TERT可变剪接的过程也涉及了对 双杂交发现MKRNI泛素化连接酶与TERT存在相 端粒酶活性的调控。但是也有研究声称在不同细胞 互作用24。MKRN1过表达会导致TERT的降解并 中端粒长度和端粒酶活性或者TERT表达量之间存 且导致端粒酶活性的下降和端粒的缩短，而且TERT 在负相关关系，而这可能是因为TERT的调控存在 半衰期大约为24h,而TR的半衰期却非常长，大 组织特异性。 约有5d,这些发现表明TERT的稳定性也是调控端 1.3TERC的转录和转录后调控 粒酶活性的重要因素。近期研究表明CHIP(Hsc70 相互作用蛋白的C末端，是E3泛素化连接酶的辅 在一些肿瘤细胞中缺少TERT会导致端粒酶的失 因子)控制细胞质中TERT的稳定性2，其与TERT 活，说明TERT的量和端粒酶活性存在平行关系，与此 ?1994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 4 期 营孙阳等: 端粒酶调控研究进展 293 图 3 TERT 的翻译后修饰及对端粒酶活性的影响 Fig. 3 TERT’s post-translation modification and its impact on the telomerase activity 红色箭头表示负调控，绿色箭头表示正调控。 暴露在电离辐射之下就导致了 c-Abl 诱导的 TERT 磷酸化水平的显著增加，这也表明了 c-Abl 通过磷 酸化 TERT 导致端粒酶活性的抑制和端粒长度变短， 显示出在 c-Abl 和 TERT 之间存在直接的联系。因 此，c-Abl 负调节端粒酶活性。相反，通过 AKT 介 导的 TERT 磷酸化与端粒酶活性的增加相关，猜测 这可能是 TERT 从细胞质易位到核仁而导致的。 泛素化作用也可能影响端粒酶活性，通过酵母 双杂交发现 MKRN1 泛素化连接酶与 TERT 存在相 互作用[24]。MKRN1 过表达会导致 TERT 的降解并 且导致端粒酶活性的下降和端粒的缩短，而且 TERT 半衰期大约为 24 h，而 TR 的半衰期却非常长，大 约有 5 d，这些发现表明 TERT 的稳定性也是调控端 粒酶活性的重要因素。近期研究表明 CHIP(Hsc70 相互作用蛋白的 C 末端，是 E3 泛素化连接酶的辅 因子)控制细胞质中 TERT 的稳定性[25]，其与 TERT 具有相互作用并且可以使 TERT 多聚泛素化，使 TERT 不能进入细胞核，最终使得蛋白发生降解。有 趣的是 CHIP 和 TERT 的相互作用在 G2/M 期达到峰 值，在端粒酶对端粒发挥作用的 S 期减少。因此， CHIP 在细胞周期中的作用可能是通过控制细胞内 运输，调节端粒酶活性和 TERT 稳定性[25]。 综上所述，TERT 的表达在转录和翻译后水平都 受到调控，同时 TERT 可变剪接的过程也涉及了对 端粒酶活性的调控。但是也有研究声称在不同细胞 中端粒长度和端粒酶活性或者 TERT 表达量之间存 在负相关关系，而这可能是因为 TERT 的调控存在 组织特异性。 1.3 TERC 的转录和转录后调控 在一些肿瘤细胞中缺少 TERT 会导致端粒酶的失 活，说明 TERT 的量和端粒酶活性存在平行关系，与此