端粒（Telomere）是存在於細胞染色體末端的一小段 DNA 。在 2009 年，伊莉莎白·布萊克本（Elizabeth Blackburn）博士，因對端粒研究的卓越貢獻而獲得諾貝爾生理醫學獎。端粒如同鞋帶末端的塑膠束，可以保持染色體的完整性和控制細胞分裂週期，也可以稱之為染色體的保護者。
端粒可能與癌症和衰老的生物學有關
美國北卡羅來萊大學 ( University of North Carolina, UNC ) 團隊發現，曾經被認為過於簡單單調的 DNA 重複而無法編碼蛋白質。但端粒包含產生兩種雙肽 ( dipeptide ) 重複蛋白的遺傳訊息，其中一種遺傳訊息會在某些人類癌細胞，以及患有端粒相關缺陷的患者的細胞中升高。研究團隊在這篇刊登於 < Proceedings of the National Academy of Science, PNAS >，題為「哺乳動物的端粒 RNA ( Mammalian telomeric RNA )」 的文章指出，對這些蛋白質進行簡單的血液檢測，可以為某些癌症和其他人類疾病提供有價值的資訊，再加上端粒會隨年齡增長而縮短，這些測試還可以衡量端粒的健康程度。
大約 80 年前，科學家們確定了染色體末端的端粒。在哺乳動物和許多其他生物體中，其包含一個獨特的 DNA 序列，由多個重複的 TTAGGG 鹼基組成，抑制染色體相互粘連。當細胞分裂時，端粒會縮短，最終過短以致於細胞無法再正常分裂，導致細胞死亡。約 20 年前， Griffith 團隊實驗室表明，端粒 DNA 的末端會圈回自體，形成一個小圓圈，進而隱藏末端並阻止染色體與染色體的融合。而真核生物端粒被轉錄並產生富含 G 的 RNA ( G-rich RNA )，稱為 TERRA。相關領域科學家認為，由於其單調的重複序列，端粒無法進行蛋白質編碼，更不用說具有生物學功能了。正如 Griffith 和 Al-Turki 在他們新發表的著作中指出：「 人們一直認為這種 RNA 是純結構性的，不編碼蛋白質。」
ALS 相關 RNA 與端粒 RNA 具驚人的相似性
有趣的是，2011 年佛羅里達州的一個研究漸凍人( 肌肉萎縮性脊髓側索硬化症-Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS )的小組報告說， ALS 的罪魁禍首是一種含有六鹼基重複序列的 RNA 分子，由一種機制產生一系列有毒蛋白質，這些蛋白質由兩個氨基酸組成。 UNC 的研究人員解釋說：「最近在幾種人類核苷酸擴增疾病中發現，含有長鏈重複序列的 RNA 轉錄本可以形成二級結構，可以在多個框架中轉譯以產生同肽或雙肽重複蛋白，多項研究顯示它們對細胞有毒。」
研究團隊注意到 ALS 相關 RNA 與端粒產生的 RNA 非常相似，並假設可能存在相同的機制。在幾種人類疾病中，重複相關非 ATG 轉譯機制 (repeat-associated non-ATG translation mechanism, RAN) 如果被哺乳動物 TERRA 使用，可能會產生兩種雙肽重複蛋白：重複纈氨酸-精氨酸( valine–arginine, VR )和重複甘氨酸-白氨酸( glycine–leucine, GL )。其他的科學家對他們報告的研究進行了實驗，以證明這種端粒 DNA 可以引導細胞產生兩種雙肽重複蛋白，發現他們的確可以成為訊號蛋白，觸發細胞內其他蛋白質的連鎖反應。
端粒 DNA 可成為訊號蛋白，觸發其他蛋白質連鎖反應
然後，Al-Turki 和 Griffith 化學合成了 VR 和 GL，產生了針對重複 VR 雙肽蛋白的多株抗體( polyclonal antibodies)，並使用先進的生物學方法檢查了這兩種蛋白質的特性。他們的結果表明，VR 蛋白在某些人類癌細胞以及患有因端粒缺陷引起的疾病的患者的細胞中含量升高。研究團隊表示，當細胞經歷端粒危機時，會大量產生重複的雙肽蛋白，可能會改變核酸代謝和一般蛋白質合成，並引發細胞發炎反應。
Griffith進一步指出：「當你挑戰目前的看法時，你通常是錯誤的，因為你在反對許多在各自領域努力工作的人。但有時科學家們未能將來自兩個非常遙遠的領域的觀察結果放在一起，這就是我們所做的。發現端粒編碼兩種新型訊號蛋白將改變人類對癌症、衰老以及細胞與其他細胞通訊方式的理解。許多問題仍有待解答，但首要任務是為這些蛋白質開發一種簡單的血液檢測方法，用來告訴我們身體的生理年齡，或是提供癌症或發炎等問題的警告。並且在對這些雙肽重複蛋白有更多了解之前，不應該假設它們的唯一生物活性與毒性有關。」未來還有許多問題需要進一步的研究，例如對細胞週期中 VR 和 GL 雙肽蛋白的合成、降解和水平的研究，以及對其毒性的一般分析，了解它們在細胞的功能中提供的重要線索。
參考資料：
1. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2221529120
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