刘林博士等解析胚胎发育早期端粒酶活性机制日期：2008-01-29 来源：Nature Cell Biology 作者：keeii 点击：45 次 摘要：摘要： 一个由南佛罗里达大学医学院、中山大学生命科学学院等组成的国际科研 小组近日在 Nature Cell Biology 发表文章，他们在最新研究中发现胚胎早期 分裂时期，端粒长度的增加存在另一种循环机制，而非之前认为的取决于端粒 酶的活性，这对于进一步研究干细胞的机理具有重要意义。找产品，上生物帮找产品，上生物帮 一个由南佛罗里达大学医学院、中山大学生命科学学院等组成的国际科研小组近日在Nature Cell biology 发表文章，他们在最新研究中发现胚胎早期分裂时期，端粒长度的增加存在另一种循环机制，而非之前认为的取决于端粒酶的活性，这对于进一步研究干细胞的机理具有重要意义。文章的通讯作者是中山大学国家教育部“奖励计划”特聘教授刘林博士，以及佛罗里达州大学医学院的 David L.Keefe 博士，其中刘林博士早年毕业于北京农业大学(现中国农业大学)，2003 年被聘为中山大学国家教育部“奖励计划”特聘教授，研究方向为干细胞转基因克隆及哺乳动物早期发育的分子机制。2007 年被聘为南开大学生命科学院特聘教授，兼副院长主管研究生工作。研究方向：在发育生物学和生殖生物技术领域，尤其是在最终能造福人类健康的胚胎工程和再生医学领域，进行基础科学及生物医学应用方面的研究，如哺乳动物(包括人类)卵子、胚胎及干细胞等生殖与发育相关的机理与技术工程研究。组织中的干细胞具有自我更新的能力，当组织衰老时，可以产生分化细胞来代替死去的细胞。休眠的干细胞(quiescent stem cells)特异性的位于一些特殊的微环境中(specific microenvironments)。当需要的时候，它们开始增殖，并从这些微环境中出来。这个过程被认为是由微环境中细胞外的线索(extracellar cues)和固有的遗传程序控制。通过对小鼠模型的研究，Flores 等人发现，表皮的干细胞(epidermal stem cell)的活动由端粒调节。端粒是染色体末端的一种核蛋白(nucleoprotein)。短的端粒抑制干细胞的活动(mobilization)。而合成端粒的端粒酶的过度表达(overexpression)，促进干细胞的活动。端粒对干细胞功能的影响至少可以部分说明它们在衰老和癌症中的作用。端粒酶(telomerase)的表达对于维持干细胞自我更新能力和复制潜能具有重要意义，雄性生殖系和干细胞中端粒酶活性高，但是在成熟卵母细胞和卵裂期(cleavage stage)胚胎中，端粒酶活性降低或消失，之后胚泡(blastocyst)中又重新恢复活性。目前对于早期胚胎重排端粒长度的了解还很少。在这篇文章中，研究人员发现卵母细胞的端粒虽然比体细胞端粒短，但是在早期分裂发育阶段端粒长度会大幅度增加，而且孤雌生殖(parthenogenetical)卵母细胞的端粒长度也会增加，因此研究人员认为卵母细胞本身具有延长端粒的能力。更重要的是，研究人员在端粒酶缺失的小鼠的早期分裂胚胎中发现端粒竟然也会延伸，这说明端粒酶在这些细胞中并不是端粒突然增长的原因。那么是什么导致了端粒增长呢?通过进一步实验，研究人员发现，伴随着端粒增长，能观察到端粒姐妹染色体交换(telomere sister-chromatid exchange，T-SCE)延伸，与 DNA 重组蛋白 Rad50 和 TRF1的同位化(colocalization)，而在胚泡期这两者又会减少，同时伴随着端粒酶活性增加，端粒延伸减慢。研究人员从这些现象中得出结论，在胚胎分裂阶段，端粒长度取决于一种基于重组的机制循环，端粒酶只是起到通过这种可变机制维持端粒长度的作用。端粒长度的增加并非取决于端粒酶的活性。作者简介：作者简介：刘林，男，博士，教育部“”奖励计划特聘教授，国家杰出青年基金获得者。电子邮件：liutelomyahoo.com1993 年获北京农业大学(现中国农业大学)动物生殖学与生物技术博士学位。1994 年至 1996 年赴英国剑桥 Babraham 研究所发育及信号传递系分子胚胎学实验室作访问学者及博士后研究，研究卵子孤雌激活，猪、羊胚胎生殖干细胞、核移植克隆，精子注射。1996 年至 1998 年在美国康奈尔大学，康州大学作动物科学系博士后研究，研究分子胚胎学、卵子激活的细胞周期调控、牛和兔的体细胞核移植克隆和转基因。1998 年至 2004 年，在美国布朗大学妇产科系生殖医学实验室，任研究员、助理教授，研究早期胚胎发育核质相互作用，老龄卵子及胚胎细胞凋亡的信号传递及分子机制、胚胎非侵入性显微操作，与年龄相关的卵子不育中线粒体和端粒的功能、核移植、成体干细胞和分化。1998 年至今，美国海洋生物学实验室(MBL)兼职研究员。2003 年被聘为中山大学国家教育部“奖励计划”特聘教授。研究方向为干细胞转基因克隆及哺乳动物早期发育的分子机制。2005 年兼聘于南佛罗里达大学妇产科系访问助理教授。 2007 年被聘为南开大学生命科学院特聘教授, 兼副院长主管研究生工作。研究方向：在发育生物学和生殖生物技术领域，尤其是在最终能造福人类健康的胚胎工程和再生医学领域，进行基础科学及生物医学应用方面的研究，如哺乳动物(包括人类)卵子、胚胎及干细胞等生殖与发育相关的机理与技术工程研究。科研工作先后获得国家教育部博士点基金，国家自然科学基金，英国海外发展中英技术合作基金，美国农业部，美国卫生部，康乃尔大学及康州大学博士后基金，布朗大学妇女儿童医院教师研究基金，中国卫生部部属(管)医疗机构临床学科重点、广州市科技计划项目、中国-加拿大国际合作项目等科研基金的资助。刘林教授于 1996 年在世界首次获得用细胞周期同步化在分裂期及用体外成熟卵子做核受体的三只胚胎克隆绵羊。首次发现小鼠端粒变短及功能异常导致卵子减数分裂异常。先后在包括 Nature Biotechnology, Proc Natl Acad Sci USA, EMBO Reports, JBC, Developmental Biology 等 SCI 收录杂志上发表学术论文近 50 篇。还有 40 余篇摘要发表在国际科学会议论文集中。先后被国际会议及国外高校邀请作报告 20 余次。曾获得多项奖励，包括 2003 年度美国生殖医学会辅助生殖技术奖。作为会员主要参加：美国科学促进学会(AAAS);纽约科学院学会(NYAS);生殖研究学会(SSR);国际胚胎移植学会(IETS);中国动物学会生殖生物学分会第五届理事会理事。原文摘要：原文摘要：Telomere lengthening early in developmentStem cells and cancer cells maintain telomere length mostly through telomerase1, 2, 3. Telomerase activity is high in male germ line and stem cells, but is low or absent in mature oocytes and cleavage stage embryos, and then high again in blastocysts3. How early embryos reset telomere length remains poorly understood. Here, we show that oocytes actually have shorter telomeres than somatic cells, but their telomeres lengthen remarkably during early cleavage development. Moreover, parthenogenetically activated oocytes also lengthen their telomeres, thus the capacity to elongate telomeres must reside within oocytes themselves. Notably, telomeres also elongate in the early cleavage embryos of telomerase-null mice, demonstrating that telomerase is unlikely to be responsible for the abrupt lengthening of telomeres in these cells. Coincident with telomere lengthening, extensive telomere sister-chromatid exchange (T-SCE) and colocalization of the DNA recombination proteins Rad50 and TRF1 were observed in early cleavage embryos. Both T-SCE and DNA recombination proteins decrease in blastocyst stage embryos, whereas telomerase activity increases and telomeres elongate only slowly. We suggest that telomeres lengthen during the early cleavage cycles following fertilization through a recombination-based mechanism, and that from the blastocyst stage onwards, telomerase only maintains the telomere length established by this alternative mechanism