何為端粒和端粒酶(telomerase)?其功用為何?

2009年諾貝爾醫學獎已在今天下午公佈，由三位美國一同研究保護染色體的端粒的科學家，布萊克本(Elizabeth Blackburn)、格雷德(Carol Greider)，及索斯塔克(Jack Szostak)獲得這項殊榮。他們的研究成果，主要是發現能幫助細胞內染色體永保年輕的端粒酶。
「端粒酶」的酵素，可以幫助細胞內染色體永保年輕，造成醫學界一陣轟動，也吸引許多研究人員開始探究，端粒酶在老化和癌症方面的幫助。

請問何為端粒和端粒酶(telomerase)?其功用為何?

　
　　在染色體兩端的端粒，是一種核蛋白。它可以保護染色體尾端的去氧核醣核酸（DNA）不被分解；如果沒有端粒，染色體就變得很不穩定，有的尾端會和別的尾端接起來，有的則被分解。當細胞分裂時，複製的子細胞的端粒會愈來愈短，直到喪失功能，也就是說，端粒的縮短與細胞的老化有關。
　　不過另外有一種端粒酵素，它是種特殊的核醣核蛋白綜合體，包含催化單位、人類端粒酵素反轉錄酵素、及人類端粒酵素核醣核酸，和各種蛋白質。端粒酵素反轉錄酵素可以利用端粒核醣核酸做模子，合成端粒。在分化的細胞端粒酵素會漸漸減少，而端粒愈來愈短，最後停止細胞複製。在正常成年人的身體體細胞已看不到端粒酵素。
　　因此端粒酵素的減少和端粒的縮短，與老化有密切的關係，這樣是否可以發明一種方法，讓端粒酵素活化，使端粒延長，人就可以長生不老呢？　
　研究顯示大部分的癌細胞，它們的端粒酵素是增加的，因此端粒的長度不會變短，這樣就不會因細胞複製而老化。這樣是不是只要讓細胞維持端粒酵素活性的存在，就不會老化，但卻可能導致癌症的發生呢？實驗顯示給予端粒酵素至某些細胞，可以使之不死，但卻沒有發生腫瘤。因此光是端粒酵素本身並不足以變成癌細胞，必須另外還要有其他因素，例如致癌基因的存在，才會產生癌症。端粒酵素只是致癌原因的一部分而已。　
　另一方面，如果能夠使用方法抑制癌細胞的端粒酵素，就可以讓端粒變短，也許就能治療癌症，但副作用為分裂活性旺盛的幹細胞，或與生殖有關的精細胞可能會受到抑制。此外，由於大部分癌細胞有端粒酵素，但正常體細胞則付之闕如，因此可以用來診斷癌症，例如乳房若有腫塊，用細針將腫塊的細胞抽出來後，若是乳癌，81%的人可以偵測出端粒酵素，而正常細胞則沒有端粒酵素。甲狀腺癌的情形也類似。　
　另外，它也可以預測癌細胞的惡性度，例如肺癌。端粒酵素活性高的，細胞分化較差，死亡率也增加。
　　人一出生，細胞裏的生命時鐘已預告了死亡。也許經由科學家的努力，可以延長人類的壽命，但若生活的內容乏善可陳，甚至痛苦萬分，還不如畫家莫第里阿尼（1884-1920）所講的：「我要的是一個短暫而熱烈的生命！」。
推薦讀物：
Ahmed A et al：Telomeres, telomerase, and telomerase inhibition：Clinical implications for cancer. J Am Geriatr Soc 51：116, 2003.
　
(↑↑ 以上問與答取自「當代醫學」月刊2005年1月號第375期第2-3頁)

端粒酶（Telomerase）引用參考文獻譯為尾端酶，研究發現真核細胞染色體的尾端有一種連續重複的特殊結構。這結構的序列是TTAGGG或TTGGGG。這尾端特殊的結構會隨著細胞多次分化而減短。尾端特殊結構具有原DNA的保護功能，降低DNA形成變異的機率。所以當細胞因分化而尾端結構減短時，會使DNA變異的機率增加，最後導致細胞死亡。若尾端結構序列持續存在時，細胞則能正常的連續分化下去。目前在癌細胞上發現作用在染色體尾端的尾端酶比正常的細胞表現要明顯。和染色體尾端特殊的結構有關的酵素是尾端酶。尾端酶是反轉錄酶（Reverse transcriptase），能將DNA尾端的一小段RNA片段轉成（TTAGGG）n序列的結構。所以這尾端特殊結構在一定數量的序列存在，細胞就能長生不死了。
(↑↑以上取自「醫用遺傳學實用辭典」。新竹：國興出版社，2003年。)