EMBO J.：新研究工具有助揭示癌细胞维持端粒后备策略

顶端一排图片中每张图片都显示在正常的线虫中发现的6条染色体。相反，在底下两排图片中，每张图片显示出经过基因改造的线虫存在异常融合的染色体。但是这种经过基因改造的线虫在只依赖ALT途径来维持端粒的情形下也能够成功地实现繁殖，这就为人们提供一种有价值的工具来研究ALT途径。图片来自Jan Karlseder和Daniel Lackner。

快速分离的癌细胞非常擅长修补导致正常细胞死亡的损伤，包括端粒的损耗和断裂，其中端粒位于每条染色体末端，起着保护染色体的作用。

端粒丢失强迫细胞不再发生分裂，而是进入被称作衰老的生长停止状态，但是癌细胞通过利用端粒酶来延伸遭受损坏的端粒来逃避这种过程。

即便端粒酶不能被激活，大约有10%人类癌症的肿瘤细胞还拥有一种后备策略来构建可供使用的端粒从而能够继续发生分裂。这种后备策略被称作端粒延长替代机制(Alterative lengthening of telomere, ALT)，但是人们不清楚它是如何发挥作用的，这是因为研究人员研究它的手段有限。

如今，来自美国加州沙克生物研究所(Salk Institute for Biological Studies)的科学家们构建出竭力维持生存的线虫，而且该线虫甚至只依赖ALT途径来维持端粒而成功地实现繁殖。这就为人们提供一种有价值的工具来修复ALT途径，并了解如何阻断它以便强迫肿瘤细胞开始衰老。相关研究结果于2012年3月16日发表在EMBO Journal期刊上。

沙克生物研究所分子与细胞生物学实验室教授和论文通讯作者Jan Karlseder说，“迄今为止，我们只能够在肿瘤细胞系中研究ALT途径。如今我们能够在线虫中轻松地筛选抑制或调节ALT途径的化合物和基因。”

端粒合成途径的组分是癌症研究人员首选的研究目标。鉴于90%的癌症利用端粒酶来维持端粒，不少人对开发阻断端粒酶的药物的兴趣颇大，但是这些药物不能用于治疗剩下10%的癌症，因为它们使用ALT途径来维持端粒。而且已有一些证据表明靶向端粒酶的药物事实上可能让肿瘤细胞更加依赖ALT途径，因此开发ALT途径的抑制物就显得更加迫切。

这项新研究起源自2008年Karlseder实验室在《细胞》期刊上发表的一篇研究论文。在那篇论文里，他们在线虫中让一个编码端粒结合蛋白CeOB2的基因发生突变。由此产生的线虫突变体中端粒是功能性的，但是要比用端粒酶合成的端粒看起来略显杂乱。这强烈地提示着当遭受生存压力时，线虫细胞也像人细胞一样，能够开启ALT途径。

在这项新研究中，Karlseder领导的研究小组将线虫突变体的存活能力推向极限。他们这次又敲除端粒酶本身，结果发现这些双重突变体能够在不经历衰老的情况下持续繁殖。在过去3年来，一种双重突变线虫繁殖了180多代。

研究人员随后利用生物化学方法证实这些双重突变体完全依赖ALT途径来维持端粒。它们利用这种途径构建的端粒要比用端粒酶制造的端粒较为杂乱，但是跟人癌细胞利用ALT途径产生的染色体端粒在长度和整体结构上比较类似。

这些双重突变线虫(double mutant worm)也含有端粒DNA束(wisps of telomeric DNA)---它们是ALT途径特有的副产物---，从而进一步证实它们是通过ALT途径而持续存在的。

有趣的是，已有其他研究人员报道过端粒DNA束也在人骨癌患者的血液中存在，因而有潜力作为依赖ALT途径而不是端粒酶途径的癌症的一个诊断指标。

尽管这些线虫寿命较长，但是它们并不是很旺盛地繁殖。这项研究报道双重突变线虫要比正常的线虫拥有更少的后代。而且它们当中很多拥有融合的染色体，这可能是因为它们勉强维持可供使用的端粒而产生的结果。但是重要的是，这些动物仅依赖ALT途径是生育力的，而且它们的基因组表现出在人肿瘤中观察到的异常。

当前，研究人员不能预测癌症将使用哪种机制来维持端粒。Karlseder说，“骨癌、胃癌和软组织癌可能在激活ALT途径上要比激活端粒酶途径更加有效率。我们不知道为什么一种肿瘤偏好其中一种途径。我们所知道的是开启ALT途径可能是癌症对端粒酶抑制作出的反应，这就意味着我们必须理解这种途径。” (生物谷：towersimper编译)

doi:10.1038/emboj.2012.61
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PMID:

Organismal propagation in the absence of a functional telomerase pathway in Caenorhabditis elegans

Daniel H Lackner, Marcela Raices, Hugo Maruyama, Candy Haggblom and Jan Karlseder

To counteract replication-dependent telomere shortening most eukaryotic cells rely on the telomerase pathway, which is crucial for the maintenance of proliferative potential of germ and stem cell populations of multicellular organisms. Likewise, cancer cells usually engage the telomerase pathway for telomere maintenance to gain immortality. However, in ~10% of human cancers telomeres are maintained through telomerase-independent alternative lengthening of telomeres (ALT) pathways. Here, we describe the generation and characterization of C. elegans survivors in a strain lacking the catalytic subunit of telomerase and the nematode telomere-binding protein CeOB2. These clonal strains, some of which have been propagated for >180 generations, represent the first example of a multicellular organism with canonical telomeres that can survive without a functional telomerase pathway. The animals display the heterogeneous telomere length characteristic for ALT cells, contain single-stranded C-circles, a transcription profile pointing towards an adaptation to chronic stress and are therefore a unique and valuable tool to decipher the ALT mechanism.