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端粒是真核生物线状染色体的末端结构,由端粒DNA和其结合蛋白组成。它在维持基因组的稳定、防止染色体DNA末端融合和降解中起着重要的作用,并与癌症、衰老密切相关。端粒DNA重复序列的延伸是由特化的反转录酶即端粒酶完成的。端粒酶的核心组分是由具有催化活性的蛋白质亚基(hTERT)和RNA亚基(hTR)组成,hTR为合成端粒DNA重复序列提供模板。
以前的研究发现芽殖酵母Pif1解旋酶通过抑制端粒酶途径来抑制端粒DNA的加长。端粒DNA复制的基本机制从酵母到人都高度保守,而类Pif1基因在多种生物中都广泛存在。因而,本研究的主要目的是鉴定人Pif1蛋白,是否也参与了端粒DNA的复制和维持。本工作首先克隆了人Pif1的cDNA。一级结构及生化分析表明,人Pif1蛋白是大肠杆菌RecD潜在的同源蛋白;具有依赖于ATP的5至3的DNA解旋酶活性。在端粒酶阳性的HT1080细胞中过表达野生型hPif1蛋白可导致细胞端粒DNA缩短,抑制hPif1过表达可使端粒DNA长度恢复。人Pif1对端粒DNA长度的影响需要其ATPase/解旋酶活性,因为丧失ATPase/解旋酶活性的突变体过表达不影响端粒DNA的长度。在端粒酶阴性的GM487细胞中过表达hPif1不影响端粒变化,提示hPif1蛋白对端粒DNA的效应是通过端粒酶通路介导的。体外生化实验还显示,重组Pif1蛋白可通过降低端粒酶的进行性从而直接抑制端粒酶的活性,而且,hPif1解旋酶能够解开DNA/RNA杂合双螺旋。染色质免疫沉淀还证实hPif1结合在端粒DNA上。基于这些实验结果,我们推测hPif1通过把端粒酶RNA从端粒DNA上解离下来而抑制端粒酶介导端粒DNA的加长。类RecD解旋酶在生物进化过程中已获得新功能。