隨著染色體繩索的復制，它的兩端會遭到磨損。然而由于染色體的末端有著額外的細繩，磨損不會觸及重要信息所在的繩索主體部分。這一額外的細繩被稱作為“端粒”。隨著時間的推移及經(jīng)歷多輪復制，這一端粒細繩會分解直至染色體喪失它的保護末端，這種“磨損”觸及繩索，破壞染色體導致了細胞死亡。

這樣當然好——最終細胞就該死亡。如果沒有細胞死亡，細胞就會永生，細胞永生就會發(fā)生癌癥。癌細胞通過以與端粒降解一樣快的速度來構(gòu)建它們以此抵消端粒分解。癌細胞是通過用端粒酶來填補端粒做到這一點的。大致說來，當端粒酶找到并附著于端粒上時，它會添加一段重復DNA序列到已經(jīng)存在的重復DNA序列上，延長端粒，增加染色體的保護末端。

腫瘤學家和癌癥研究人員希望，端粒酶不會做這件事。沒有這種不斷的端粒修復，染色體將最終降解，癌細胞死亡。沒有端粒酶與端粒之間的這種互作，癌細胞將喪命。

由諾獎得主、科羅拉多大學癌癥中心研究員、BioFrontiers研究所主任Thomas Cech博士領(lǐng)導的一項研究，利用CRISPR基因編輯技術(shù)和活細胞、單分子顯微鏡第一次實時觀察了端粒酶和端粒之間的這種至關(guān)重要的互作。研究結(jié)果發(fā)布在《細胞》（Cell）雜志上。

Cech和共同作者、Damon Runyon癌癥基金會博士后研究人員Jens Schmidt及研究員Arthur Zaug一起看到：端粒酶擴散遍布整個細胞核，撞擊一些東西。端粒酶和端粒都不常見于細胞核中，但有時候碰巧前者會撞擊后者。但端粒酶附著在端粒的中部沒有什么好處。為了保護染色體，端粒酶必須附著在這一繩索的末端。如果端粒酶擊中端粒的中部，它很快會解離并再度嘗試。Cech和同事們將這稱作為“探查”。只有探查導致直接擊中了端粒末端，端粒酶才會附著和停留。

Cech說：“這就像通過旅游網(wǎng)站TripAdvisor尋找你想待的地方。你調(diào)查不同的酒店，最終找到了具有你想要的所有特點的一家。”

Cech稱這一機制“可能是一個極小的機器在細胞核復雜的景觀內(nèi)找到非常罕見著陸點最簡單的方法。”

想想看：端粒酶均勻擴散遍布細胞核。當它碰巧擊中端粒上的任何地方時，它會短暫地粘附，由此提高端粒附近端粒酶的濃度，提高端粒酶碰巧擊中它可以安全附著的位點——端粒末端的機會。

該研究小組采用CRISPR DNA基因編輯技術(shù)將一個密碼子插入到生成端粒酶的基因中使得這一過程可見。插入的密碼子生成了熒光蛋白，其附著在端粒酶上。隨后研究小組利用所謂的納米顯微鏡看到了這種熒光蛋白。

“對于我來說，驚人吃驚的事情是三年前不可能做到任何一件事。在生物學中事物的發(fā)展是多么的迅速，”Cech說。

Cech指出，這一CRISPR輔助的納米顯微鏡技術(shù)將有可能被端粒領(lǐng)域以外的科學家們所利用。他也希望這一特異的研究發(fā)現(xiàn)將幫助篩查抗端粒酶藥物。

“現(xiàn)在我們沒有一種極好的端粒酶抑制劑。我們不知道我們第一代的藥物干擾了哪個步驟，因此我們不知道如何優(yōu)化這些候選藥物的抗癌效應(yīng)，”Cech說。一種藥物可以阻止端粒酶的組裝嗎？它能阻止端粒酶靠近端粒嗎？它阻止了探查過程？還是它阻止了端粒酶找到端粒末端？

“了解一種藥物在何處阻斷了端粒酶延長端粒的能力，將對各種癌癥具有廣泛的應(yīng)用，”Cech說。

總所周知，染色體末端的“帽子”——端粒，猶如一道防護屏障，保護著染色體。最近，西班牙國家癌癥研究中心（CNIO）由Maria A. Blasco領(lǐng)導的端粒和端粒酶研究組發(fā)現(xiàn)，盡管端粒有著特別緊湊的結(jié)構(gòu)，很難進入，但是它們能轉(zhuǎn)錄像其他DNA這樣的信息。從這個過程所產(chǎn)生的RNA叫做TERRA，它們的功能對于保護端粒這些防護結(jié)構(gòu)，是至關(guān)重要的。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Communications》雜志。

端粒酶，一種自然存在于人體中的酶，是已知最接近“細胞長生不老藥”的物質(zhì)。在發(fā)表于2016年5月NEJM的一項研究中，巴西和美國的研究人員證實性激素可以刺激這種酶的生成。他們在罹患與端粒酶編碼基因突變相關(guān)的一些遺傳疾病，如再生障礙性貧血和肺纖維化患者中測試了這一策略。作者們說，這些結(jié)果表明這種方法可以對抗端粒酶缺陷造成的機體損傷。

神經(jīng)母細胞瘤是一種外周神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，它是最常見的兒童癌癥形式之一。在某些患者中，這些腫瘤可在未接受任何治療的情況下完全消退，而在另一些患者中即便采用高度強效的治療也無法阻止這一疾病。來自科隆大學和德國癌癥研究中心(DKFZ)的科學家們現(xiàn)在闡明了這一疾病臨床病程中這些差異的潛在遺傳原因。他們發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)最具侵襲性的腫瘤中編碼一個端粒酶亞基的基因高度活化。端粒酶可延伸染色體末端，由此使得細胞近乎永生。研究人員將研究結(jié)果發(fā)布在2015年10月的Nature雜志上。