當(dāng)染色體復(fù)制時，它的末端會發(fā)生磨損。這沒有什么大問題：染色體的末端有額外的纏繞，因此這種磨損不會到達(dá)染色體的主體部分，在那里有重要的信息貯存著。這種額外的纏繞被稱作“端粒”。隨著時間的推移，在多次復(fù)制后，這種端粒發(fā)生降解，直到染色體丟失它的保護性末端，因而這種磨損會到達(dá)染色體的主體部分，從而破壞染色體和導(dǎo)致細(xì)胞死亡。
這非常不錯---*終的細(xì)胞死亡本就是它應(yīng)當(dāng)這樣的。若沒有細(xì)胞死亡，就會產(chǎn)生細(xì)胞永生性，而當(dāng)存在細(xì)胞永生性時，就表明有癌癥存在。在端粒遭受降解時，癌細(xì)胞也同樣快速地延長端粒從而抵消它們的降解。癌細(xì)胞是利用端粒酶填補端粒來做到這一點的?；旧?，當(dāng)端粒酶發(fā)現(xiàn)端粒和附著到它的上面時，它就將一種DNA重復(fù)序列添加到已經(jīng)存在于端粒上的這種DNA重復(fù)序列上，延長這種端粒，從而為染色體添加上保護性末端。
腫瘤學(xué)家和癌癥研究人員希望端粒酶不會發(fā)揮這樣的作用。如果沒有這種持續(xù)的端粒修復(fù)，染色體*終將會降解，癌細(xì)胞就會死亡。如果沒有端粒酶與端粒之間的相互作用，癌細(xì)胞將會死亡。
在一項新的研究中，美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校生物前沿研究所主任、特聘教授和諾貝爾獎得主Thomas Cech博士利用CRISPR基因編輯技術(shù)、活細(xì)胞和單分子顯微鏡，**實時地觀察端粒酶和端粒之間的這種至關(guān)重要的相互作用。相關(guān)研究結(jié)果于2016年8月11日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Live Cell Imaging Reveals the Dynamics of Telomerase Recruitment to Telomeres”。
Cech與論文共同作者Jens Schmidt和Arthur Zaug觀察到端粒酶在整個細(xì)胞核中擴散，和進行碰撞。端粒酶和端粒在細(xì)胞核中并不常見，但有時湊巧會看到前者撞擊后者。但是端粒酶附著到端粒的中間位置上時是不會帶來任何好處的。為了保護染色體，端粒酶必需附著到它的*末端。因此如果端粒酶撞擊到端粒的中間位置，那么它很快脫落下來，再次嘗試撞擊。Cech和同事們將這成為“探查（probing）”。僅當(dāng)這種探查導(dǎo)致端粒酶直接撞擊到端粒的末端時，它才附著到端粒上，并且逗留在那里。
Cech說，“它就像是通過網(wǎng)站TripAdvisor---編者注：一家提供旅游目錄信息和旅游相關(guān)評論內(nèi)容的旅游網(wǎng)站---尋找你想要逗留的地方。你尋找不同的旅館，*終你發(fā)現(xiàn)具有你想要的所有特征的一家旅館。”
Cech將這種機制稱作為“一種罕見的小機器在復(fù)雜的細(xì)胞核地貌中以一種貌似*為簡便的途徑發(fā)現(xiàn)它的罕見的著陸位點。”
考慮一下：端粒酶在整個細(xì)胞核中均勻地擴散。當(dāng)它碰巧撞擊到端粒上的某個位置時，它短暫地附著在那里，因而增加端粒附近的端粒酶濃度和讓端粒酶有更高的幾率撞擊到端粒上的它能夠**地附著的地方。
Cech團隊能夠利用CRISPR DNA編輯技術(shù)將一種基因插入到制造端粒酶的基因上。這種插入的基因編碼一種附著到端粒酶上的熒光蛋白。他們隨后利用一些人稱作為納米顯微鏡的顯微技術(shù)觀察這種熒光蛋白。
在此之前，足夠仔細(xì)觀察單個蛋白發(fā)生的熒光需要先將細(xì)胞固定，隨后利用顯微鏡可視化觀察它。它會產(chǎn)生快照圖片。在這種倍率下，觀察活細(xì)胞內(nèi)這個過程的能力就像是拍攝視頻。
Cech說，“利用固定細(xì)胞成像技術(shù)，我們不能夠觀察到細(xì)胞的動態(tài)行為?？焖贁U散的端粒酶是觀察不到的，會被沖洗掉或者淹沒在背景信號中。”
Cech指出這種CRISPR輔助的納米顯微鏡（CRISPR-aided nanoscopy）技術(shù)將可能被端粒研究領(lǐng)域之外的科學(xué)家們使用。他也希望這一發(fā)現(xiàn)將有助于篩選抗端粒酶**。
Cech說，“就現(xiàn)在而言，我們還沒有很好的端粒酶抑制劑。我們并不知道我們的**代端粒酶抑制劑**在哪個步驟上發(fā)揮干擾作用，因此我們并不知道如何優(yōu)化這些具有**效應(yīng)的候選**?！?*阻止端粒酶組裝嗎？它阻止端粒酶移動到端粒附近嗎？它阻止探查嗎？它阻止端粒酶發(fā)現(xiàn)端粒末端嗎？
Cech說，“知道一種**在哪一個步驟上阻斷端粒酶延長端粒的能力可能能夠廣泛地用于**各種癌癥。