中国地质大学娄筱叮等更准确可靠的检测端粒酶活性

来源：iNature

端粒酶是肿瘤鉴定的重要生物标志物，它在细胞周期复制阶段在染色体端粒末端合成端粒重复序列，因此端粒酶的表达水平随着细胞周期的发展而变化。尽管在检测TERT mRNA和活性端粒酶的活性方面已进行了许多努力，但细胞周期的异质性行为却被忽略了，这可能会影响其检测结果的准确性。

2021年1月2日，中国地质大学（武汉）娄筱叮作为通讯在National Science Review 在线发表题为“Role of cell cycle progression on analyzing telomerase in cancer cells based on aggregation-induced emission luminogens ”的研究论文，该研究开发了基于AIEgen的PyTPA-DNA和Silole-R生物传感系统，以检测不同细胞周期中TERT mRNA和端粒酶的细胞水平。

该研究发现癌细胞的荧光信号从G0 / G1，G1 / S到S期逐渐增加。相反，停滞在G2 / M期的癌细胞和正常细胞均显示可忽略的荧光强度。与正常组织相比，恶性肿瘤样品显示出明显的开启荧光信号。此外，转录组学分析显示，肿瘤生物标志物随着细胞周期进程而改变，并且CA9，TK1和EGFR的生物标志物在S早期表达更为丰富。在这种情况下，该研究代表了先进的生物传感工具，可以更准确地分析临床组织样品中TERT mRNA和活性端粒酶的细胞周期依赖性活性。

癌症是世界范围内重要的死亡原因，并且人们已致力于开发早期检测和定量测量癌症生物标志物以获得与肿瘤发生相关的信息的方法。端粒酶的激活是80％以上永生细胞的典型特征，但在正常的体细胞组织中无法检测到。一旦端粒酶被激活，大多数肿瘤细胞就可以在细胞周期的S期维持端粒。端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，由RNA模板部分，逆转录酶催化成分（TERT蛋白）和相关蛋白组成。端粒酶的激活是调节TERT信使RNA（TERT mRNA）表达的主要表现。特别是，通过下调TERT mRNA在不同类型的人类恶性肿瘤中的表达可以抑制端粒酶活性。因此，TERT mRNA和端粒酶活性被用作肿瘤发生过程中有用的诊断生物标志物。

在开发用于检测TERT mRNA和端粒酶活性的新生物分析方法方面，已有许多报道。目TERT mRNA的检测技术（黄金标准）主要基于定量逆转录PCR（RT-qPCR）。已经开发了用于端粒酶活性检测的标准TRAP分析（端粒重复扩增方法）：光学检测，比色分析，生物传感器芯片和电化学策略 。

荧光方法具有简便，灵敏和快速的优点，因此已广泛用于依赖细胞溶解产物的检测方法和细胞内成像。此外，先前的工作设计了一系列荧光探针，可以在聚集诱导的致发光剂（AIEgens）的基础上点亮端粒酶。 AIEgens具有许多优点，例如长期跟踪能力，低背景和对光漂白的强抵抗力。它们在聚集状态下表现出较高的荧光，已被广泛应用于生化分析和成像领域。

尽管已经开发了许多检测端粒酶的方法，但是这些方法主要依赖于具有不同细胞周期阶段的异步细胞的分析。 细胞周期是一个集成的网络，有助于平衡各种生物大分子的合成，组装和相互作用。 一些研究表明，人类肿瘤细胞的端粒酶活性随着细胞周期不同阶段的进展而改变。 这意味着端粒酶的准确分析可能会受到细胞周期不同阶段的影响。

在该研究中，基于AIEgen的荧光检测系统，研究了细胞周期进程（G0 / G1，G1 / S，S和G2 / M期）在分析癌细胞中的端粒酶（TERT mRNA和端粒酶活性）方面的作用。在没有TERT mRNA和Exo III的情况下，多余的PyTPA-DNA探针可以互补杂交，然后被核酸外切酶III（Exo III）裂解以释放靶标和氟（PyTPA-N3）；此外，在活性端粒酶的存在下，模板链引物（TP）可以延伸以形成长的带负电荷的DNA链，并且带正电荷的AIE染料（Silole-R）通过静电相互作用自发结合到链上。

在此系统的基础上，该研究测试了癌细胞与正常细胞不同阶段之间的TERT mRNA和端粒酶活性。结果表明，停滞在G0 / G1，G1 / S，S期的癌细胞的荧光信号随着细胞周期的发展而增加，而停滞在G2 / M期的癌细胞和正常细胞的强度却可以忽略不计。此外，该荧光分析系统已成功用于恶性肿瘤的组织样本中。最后，该研究根据转录组学分析比较了细胞周期不同阶段中某些生物标志物的表达水平。因此，这些结果表明，有关肿瘤生物标志物分析（如TERT mRNA和端粒酶活性）的未来研究应考虑细胞周期的阶段。