端粒和端粒酶的功能在確保染色體DNA 完整複製，與老化及癌症相關。三位科學家因解開其運作機制，獲今年諾貝爾生醫獎。
雖說眼見為憑，但自然界的事物往往和我們所看到的表象不同。例如看似海藻上的一塊岩石，可能是一條有毒的魚；在花園裡一朵美麗的花，可能是一隻等待著獵物的昆蟲；同樣的表象也發生在細胞中，負責人類遺傳訊息的染色體DNA看似是個靜止的結構，但其實染色體會隨著細胞的分裂不停運作，尤其是染色體的末端——「端粒」，更是不停地縮短與延長，過程中蛋白質與端粒反覆結合與分離，整體的端粒結構亦是快速地改變。
這個變化看似不起眼，卻牽連著細胞分裂過程中染色體DNA的完整複製，也同時關係著老化與癌症。伊莉莎白．布萊克本（Elizabeth H. Blackburn）、傑克．索斯塔克（Jack W. Szostak）以及卡羅．格雷德（CarolW. Greider）這三位美國科學家在端粒（telomere）與端粒酶（telomerase）的發現及研究，解答了DNA序列之所以能完整複製與預防分解的機制，而榮獲今年的諾貝爾生理醫學獎。
源自四膜蟲的發現
端粒與端粒酶的研究起源於1930年代，當時穆勒（Hermann Muller，1946年諾貝爾生醫獎得主）和麥克林托克（Barbara McClintock，1983年諾貝爾生醫獎得主）就發現染色體末端有種特殊的構造，似乎具有保護染色體的功能（圖一）。穆勒結合希臘文中的「尾端」（telos）以及「部分」（meros）兩詞， 成為目前我們所熟悉的「端粒」（telomere）這個名詞，並定義其為染色體末端的DNA 序列。儘管穆勒等人已經發現，缺乏這個尾端的保護會導致染色體末端相連，而使細胞分裂異常，影響到細胞的存活，但當時對其作用機制仍然一無所知。
到了1978 年，布萊克本在研究四膜蟲（Tetrahymena，一種單細胞原生蟲）的染色體時，發現染色體的端粒是由一段重複的序列「TTGGGG」所組成；而索斯塔克則在1980 年發現，放入酵母菌的線狀質體會隨著時間快速地被降解。在1980 年的一場會議上，布萊克本所發表的研究結果，吸引了索斯塔克的興趣，兩人因此展開合作。他們把從四膜蟲純化出的端粒序列「CCCCAA」放在線狀質體的末段，再將這樣的質體放進酵母菌中，驚奇地發現這些端粒序列能夠保護線狀質體的完整（圖二）。尤其是端粒序列在跨物種間仍然能夠作用，更驗證了長期以來未能證實的端粒保護染色體之機制。後來科學家也證明在大部分物種中——從原生生物到動植物的染色體末端，都有端粒序列存在。
康繼之、張大釗：任職中央研究院原分所暨基因體中心
【更詳細的內容，請參閱第480期科學月刊 2009年12月13日】
留言列表