家禽的端粒酶基因與細胞壽命

體 外 培 養 的 家 禽 體 細 胞或 源 自 雞 胚 的 成 纖 維 細 胞(chick embryonic

fibroblast, CEF），在經歷數次分裂後即因為端粒短化而進入增殖老化期 (replicative senescence)⁽¹¹⁾。細胞藉由老化或細胞凋亡 (apptosis) 等機制可以 防止老化細胞的無限制增殖。因此，端粒具有保護染色體末端免於斷裂融 合，並利於染色體的複製等功能⁽¹²⁾。

雞與人的染色體差異最大之處在於其端粒 DNA較人類多達 10 倍。家 禽的端粒 DNA依結構與長度之不同，可區分為長度介於 0.5~2 Mb之間的 I、II與III型⁽¹³⁾。第一型端粒 DNA又稱為間隙 (interstitial) 端粒序列，位於 染色體之內長約 0.5~10 kb，能扺抗限制酶 Bal 31 的切割為其特性。第二 型端粒 DNA長約 10~40 kb。第三型端粒長 40 kb ~20 Mb，是目前已知的 脊椎動物中最長者，位於染色體末端並能被限制酶 Bal 31 迅速切割⁽¹³⁾。

端粒酶是一種核糖核酸蛋白，負責將 TTAGGG 序列添加到染色體的 3’端⁽¹⁴⁾。重複序列在 3’-連接形成數百個核苷酸的突出G鏈，並受到端粒結 合蛋白的保護。目前研究人類的 TERT，多數是應用小鼠模式進行，然因 小鼠與人的差異甚大，應用小鼠模式研究做為人類TERT之作用以解開癌症 或老化問題，存在實際的困難。雞則是完全不同的動物模式，與人的 TERT 在生物學上具有許多共同點，例如部分鳥類的壽命相當長，故可作為人類 細胞老化與轉型的研究模式^(15-17)。

包括雞與金鋼鸚鵡 (macaw) 等 35 種脊椎動物，TERT 的 RNA 序列 及二級結構已有學者加以探討⁽¹⁸⁾，發現脊椎動物的TERT蛋白質的特異區域

內具有保留性，顯示保留區對於 TERT 結構及酶作用的重要性。

雞的 TERT研究，已有學者自原腸期雞胚中選殖全長 4,497 bp TERT mRNA，自第一個轉錄起始點 ATG起始可轉譯成長 1,346 個胺基酸產物

(19)。雞的 TERT 與其他動物比較，最大之差異在於 N-端的彈性連接子相 當長，比人類多了 144 個胺基酸，故雞的 TERT 蛋白質較大。雞的TERT 胺基酸與人、非洲爪蟾蜍、小鼠、大鼠、倉鼠之相似性分別達 45%、38%、

41%、40% 與 42%。而脊椎動物 TERT的 N端區域⁽²⁰⁾ 與保留性反轉錄酶

區域 ⁽²¹⁾ 具有高度之結構相似性，顯示保留區域應具有重要理化功能⁽²²⁾。雞

的 TERT 位於染色體 2q21 上接近空隙 (interstitial) 端粒的位置。雞與人 TERT在 5’端鄰近啟動子區含有各種轉錄因子之結合區，例如 E-box、Ik1、

MAZ與 Sp1 位置等。在網路基因庫中有關雞TERT之基因序列包括長 11,025 bp 的 5’端鄰近啟動子序列與部份密碼子序列 (AY505015)、長 957 bp 的 3’端未轉譯區及鄰近序列 (AY505016)及長 4,497 bp的 5’端未轉錄 區 (UTR) (AY502592 ) ⁽¹⁹⁾。

體外培養的雞胚成纖維細胞，通常在增殖 25~35 代之後即進入增殖老 化期⁽²³⁾。而雞胚成纖維細胞在達到成長高點 (plateau) 後，有超過 90％ 的 細胞可以被檢出細胞老化指標的 ß-galactosidase染色，顯示細胞已老化，細 胞中並無殘存之細胞株成長出來，雞胚成纖維細胞無法自發成為永生細 胞。成纖維細胞老化後其端粒酶的活性會下降甚至喪失， TRF 1 與RAD 51

基因的表現也隨之降低，RAD 52 基因的表現量則提升。細胞增殖數目加倍 後其端粒約短少 60 bp ⁽¹⁷⁾。而分離自體外培養CEFs之成纖維細胞，每一個 世代端粒的短化約為 300bp。而體外培養的成纖維細胞老化時，端粒長度 的變化有可能變長、變短或維持不變^{(17, 24)}，顯示鳥類細胞之端粒調控有其 他的延長機制（alternative lengthening of telomeres, ALT），例如同源重組而 調控端粒長度⁽²⁵⁾。

體外培養的人、綿羊、兔子、牛與鹿的體細胞，可藉由轉殖人類端粒 酶基因而產生端粒酶活性，進而增加端粒長度而延長細胞壽命^(26-29)。這些 細胞與腫瘤細胞不同，不會異常生長或惡性轉移，顯示人類端粒酶基因在 動物細胞中表現，除具有相容性外並能使細胞免於增值老化而獲得永生。

例外的是，人的 TERT轉入雞的成纖維細胞卻無法產生端粒酶的作用而延 長細胞壽命，與未轉染TERT的對照細胞均呈現老化現象⁽³⁰⁾。人的 TERT在 雞的成纖維細胞未產生端粒酶活性的原因，有可能是 chaperone的功能不當 而導致蛋白質組裝不正確所致。人的TR基因與兔、牛的 TR 具有高度的 DNA相似性，但與雞的相似性則偏低⁽³¹⁾。而端粒酶之活性，需要正確的模 板才得以發揮作用。雞 TERT 內的 N端及 7 個反轉錄區與人或其他脊椎動 物具有高度相似性⁽¹⁹⁾。