當(dāng)染色體的繩索復(fù)制時(shí)，它會(huì)在末端磨損。沒(méi)問(wèn)題：染色體的末端有額外的麻線，因此磨損不會(huì)進(jìn)入重要信息所在的繩索體內(nèi)。這種額外的麻線被稱為“端粒”。隨著時(shí)間的推移和跨越復(fù)制，這種端粒細(xì)胞分解，直到染色體失去其保護(hù)性末端，這種“磨損”進(jìn)入繩索，破壞染色體并導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

這一切都很好 - 最終的細(xì)胞死亡應(yīng)該是應(yīng)有的。沒(méi)有細(xì)胞死亡，細(xì)胞永生，細(xì)胞永生，就有癌癥。癌細(xì)胞通過(guò)在降解時(shí)盡快建立起來(lái)抵消端粒的破壞。癌細(xì)胞通過(guò)用端粒酶對(duì)端粒進(jìn)行搗蛋來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。基本上，當(dāng)端粒酶發(fā)現(xiàn)并附著到端粒時(shí)，它會(huì)將重復(fù)的DNA序列添加到已經(jīng)存在的重復(fù)DNA序列中，延長(zhǎng)端粒并增加染色體的保護(hù)性末端。

腫瘤學(xué)家和癌癥研究人員希望端粒酶不會(huì)這樣做。沒(méi)有這種恒定的端粒修復(fù)，染色體最終會(huì)降解，癌細(xì)胞會(huì)死亡。如果沒(méi)有端粒酶與端粒的相互作用，癌細(xì)胞將是致命的。

由科羅拉多大學(xué)癌癥中心研究員Thomas Cech博士，CU博爾德杰出教授，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，CU生物前沿研究所所長(zhǎng)領(lǐng)導(dǎo)的研究使用CRISPR基因編輯技術(shù)(入圍諾貝爾獎(jiǎng))和活細(xì)胞，單分子顯微鏡(這導(dǎo)致2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的非附屬研究人員Betzig，地獄和Moerner)第一次實(shí)時(shí)觀察端粒酶和端粒之間的這種必要的相互作用。結(jié)果發(fā)表在Cell雜志上。

Cech和合著者Jens Schmidt，博士，Damon Runyon癌癥基金會(huì)博士后研究員和科學(xué)家Arthur Zaug所看到的是，端粒酶擴(kuò)散到整個(gè)細(xì)胞核，撞到了東西。端粒酶和端粒在細(xì)胞核中都不常見(jiàn)，但有時(shí)候有可能第一次擊中第二個(gè)端粒酶。但端粒酶在端粒中點(diǎn)附著沒(méi)有任何好處。為了保護(hù)染色體，端粒酶必須附著在繩子的最末端。因此，如果端粒酶到達(dá)端粒的中間，它很快會(huì)分離并再次嘗試。切赫和他的同事稱之為“探索”。只有當(dāng)探測(cè)結(jié)果在端粒末端直接命中時(shí)，端粒酶才會(huì)附著并停留。

“這就像通過(guò)TripAdvisor尋找你想住的地方一樣，”切赫說(shuō)。“你探索不同的酒店，最后你找到一個(gè)擁有你想要的所有功能的酒店。”Cech稱這種機(jī)制“似乎是一種罕見(jiàn)的小型機(jī)器可以在核心的復(fù)雜景觀中找到其非常罕見(jiàn)的著陸點(diǎn)的最簡(jiǎn)單方法。”

想一想：端粒酶通過(guò)細(xì)胞核均勻擴(kuò)散。當(dāng)碰巧碰到端粒上的任何位置時(shí)，它會(huì)短暫地粘住，從而增加端粒附近端粒酶的濃度，從而增加端粒酶碰到端粒末端的可能性。

該小組能夠通過(guò)使用CRISPR DNA編輯技術(shù)將代碼插入到制造端粒酶的基因中，從而使這一過(guò)程變得可見(jiàn)。該插入的代碼制造了熒光蛋白，其附著于端粒酶。然后該小組使用了一些所謂的納米透鏡來(lái)觀察這種熒光蛋白。“對(duì)我而言，令人驚奇的是，三年前，你不可能做到這一點(diǎn)。這就是生物學(xué)在生物學(xué)方面發(fā)展的速度，只是前進(jìn)，”切赫說(shuō)。

以前，看得足夠近以觀察單個(gè)蛋白質(zhì)的熒光將需要“固定”細(xì)胞并用顯微鏡觀察它。這本來(lái)是一個(gè)快照。在此放大率下查看活動(dòng)單元內(nèi)的進(jìn)程的能力就像拍攝視頻一樣。“通過(guò)這種固定細(xì)胞成像，我們沒(méi)有看到動(dòng)態(tài)，”切赫說(shuō)。“并且快速擴(kuò)散的端粒酶在背景中是看不見(jiàn)的，褪色的或丟失的。”

切赫指出，這種CRISPR輔助納米技術(shù)可能會(huì)被端粒研究領(lǐng)域以外的科學(xué)家所采用。他還希望這一具體發(fā)現(xiàn)有助于篩選抗端粒酶藥物。“目前我們還沒(méi)有很好的端粒酶抑制劑。我們不知道我們的第一代這些藥物在哪一步干擾，所以我們不知道如何優(yōu)化這些候選藥物的抗癌作用，”Cech說(shuō)。藥物是否會(huì)阻止端粒酶的組裝?是否可以防止端粒酶在端粒附近移動(dòng)?它會(huì)阻止探測(cè)嗎?它能阻止端粒酶發(fā)現(xiàn)端粒嗎?“了解藥物阻斷端粒酶延長(zhǎng)端粒能力的位置可能對(duì)多種癌癥有廣泛的適用性，”切赫說(shuō)。