Cell Rep：端粒蛋白Rap1的困擾得以解決

日期：2014-11-10 09:06:22

小鼠和人類共有很多顯而易見的特征，他們的共同點包括端粒——染色體的保護末端。但是近年來，一個特定蛋白質——Rap1在端粒中的作用，一直困擾著科學家們。

最近，洛克菲勒大學的一項新研究，解決了關于Rap1蛋白的這一困擾。Rap1蛋白是“shelterin”的一個組成部分，shelterin是保衛人端粒的蛋白復合體，可結合端粒來幫助保護和維持它們，使它們能夠履行其保護功能。以前，對于Rap1在小鼠和人類中所起作用的研究，得出了矛盾的結果。在人類細胞中，Rap1似乎是至關重要的，而小鼠Rap1似乎只扮演一個次要角色。考慮到小鼠和人類在進化上的密切關系——都是哺乳動物，這種差異很難解釋。

Titia de Lange教授細胞生物學和遺傳學實驗室的新研究，得出了一個解釋：以往的研究都是錯誤的。事實證明，Rap1對人類端粒幾乎沒有保護功能。相關研究結果，發表在2014年11月6日的《Cell Reports》，反駁了過去十年來的大量研究結果。

de Lange說：“似乎不太可能的是，Rap1的作用，在小鼠和人類之間變化如此之大，現在我們知道并非如此。人類Rap1實際上很像小鼠的。但是這引發了另一個問題，因為Rap1的進化譜系可追溯到芽殖酵母。如果Rap1不保護端粒，為什么進化將其維持在小鼠和人類中？”

端粒是DNA蛋白質復合物，當shelterin結合特定的DNA重復序列時形成，保護染色體的完整性。不正常的端粒與癌癥和衰老有關，因此，端粒的適當維護是必要的，這意味著要保持它們的長度。Shelterin幫助調節端粒長度，也保護它們免于誤導的細胞過程，包括錯誤的DNA修復努力——可能導致災難性的后果。

Rap1是人類和小鼠6個shelterin組件中的一個，是進化已經維持很長時間的一個，一直追溯到酵母和單細胞寄生蟲（錐蟲）。這項研究開始于大約十年前，表明人的端粒Rap1對于端粒功能很重要。Rap1被證明參與控制端粒的長度，并能阻止將端粒融合在一起的一個修復過程，這將最終導致細胞的死亡。

同時，在研究中，小鼠中的Rap1被滅活，不僅產生明顯的正常細胞，也產生明顯正常的小鼠，所以明顯錯誤的DNA修復不會將染色體融合在一起。此外，沒有檢測到小鼠端粒長度的變化。然而，因為小鼠具有比人類更長的端粒，因此很難察覺到微妙的變化。

對人和小鼠雙方差異的研究，包括來自de Lange實驗室的研究。實驗結果表明，Rap1并不需要阻止小鼠中的端粒融合，實驗室的一名研究生Shaheen Kabir，開始調查在人類中滅活Rap1的相悖報告。為此，她通過使用一種位點特異性核酸酶（稱為TALEN，一種特殊的酶，設計用來切割特定位置的DNA），擾亂了Rap1的編碼基因。

Kabir說：“我們積累了很多負面數據，尋找將人類端粒Rap1去除所產生的影響。我們沒有觀察到融合，端粒長度的變化不明顯，DNA損傷信號沒有打開，等等。”

在考慮“什么可能解釋目前結果和以往研究之間的差異”時，Kabir和de Lange認為，一些研究所用的技術可能產生很難解釋的結果，而其他人使用的人工系統，可能無法準確地呈現一個細胞的正常情況。

Kabir說：“雖然我們不能排除這樣一種可能性，即Rap1有一種冗余功能，與其他shelterin組件重疊，最有可能的是，Rap1必須承擔一些其他的無關角色。否則，為什么會有如此強的保守性？”

其他功能的證據已經存在：Rap1首先被確定為shelterin的一個組件，但是作為一種打開或關閉基因的蛋白質。事實上，在哺乳動物細胞中進行的研究表明，它對體重和代謝相關的基因有很強的影響。使用三種不同類型的細胞，Kabir在這些細胞系中比較了具有和不具有Rap1的細胞之間的基因表達譜。她發現大多數基因表達水平有很大的變化，其特性的變化取決于細胞系。