半个世纪前，科学家JimWatson和AlexeyOlovnikov独立意识到我们的DNA复制方式存在问题。线性DNA复制的一个怪癖表明，保护染色体末端的端粒应该随着每轮复制而变短，这种现象被称为末端复制问题。

但解决方案即将到来：莉兹·布莱克本和卡罗尔·格雷德发现了端粒酶，这种酶可以将端粒重复序列添加到染色体末端。洛克菲勒的蒂蒂亚·德·兰格说：“每个人都认为案子已经结案了。”

现在，发表在《自然》杂志上的研究表明，存在两个而非一个的末端复制问题。此外，端粒酶只是解决方案的一部分——细胞还使用CST-Polα-primase复合物，该复合物已在deLange的实验室中进行了广泛研究。

“几十年来，我们认为我们知道末端复制问题是什么以及端粒酶如何解决它，”德兰格说。“事实证明我们错过了一半的问题。”

主导链问题

自从DNA双螺旋的描述以来，我们就知道DNA有两条反向延伸的互补链——一条从5'到3';一条从5'到3';一条从5'到3'。另一个从3'到5'。

当DNA复制时，两条链被复制机器(也称为复制体)分开。复制体不间断地复制3'至5'链，这一过程称为前导链合成。但另一条链是由许多片段(冈崎片段)通过短的向后步骤合成的，然后将这些片段缝合在一起。

这个过程相当直接，直到染色体末端。复制端粒时，前导链DNA复制应复制CCCTAA重复序列以生成TTAGGG重复链，而滞后链合成应执行相反的操作，生成新的CCCTAA重复序列。

末端复制问题的出现是因为前导链合成无法复制端粒的最后部分，留下钝的前端端粒，没有其特征和关键的3'突出端。端粒酶通过在端粒末端添加单链TTAGGG重复序列解决了这个问题。至于滞后链，DNA合成应该没有问题。它可以沿着3'悬垂的某处开始最后一个冈崎片段。

德朗格实验室的高级科学家、该研究的主要作者HiroTakai表示：“DNA复制机器无法完全复制线性DNA的末端，就像你无法在脚下涂漆一样。”纸。

随着生物过程的描述，这个模型看起来无懈可击。直到高井在研究缺乏称为CST-Polα-引物酶复合物的分子机制的细胞时有了惊人的发现。

他和其他人之前已经证明，CST-Polα-primase可以补充端粒上受到DNA降解酶(称为核酸酶)攻击的CCCTAA重复序列。这些新数据揭示了一些意想不到的事情：不仅前导链需要帮助，他还发现了证据表明滞后链的末端也无法由复制体合成。

Takai的研究表明，末端复制问题比之前想象的严重两倍，对两条DNA链都有影响。“结果与端粒复制模型不相符，”德兰格说。

“那时，Hiro和我意识到要么他的结果不正确，要么模型是错误的。由于他的结果对我来说似乎非常可靠，因此我们需要重新审视模型。”

DeLange联系了JosephTPYeeles，他是一位生物化学家，在剑桥分子生物学实验室(沃森和克里克在同一实验室研究DNA双螺旋结构)研究DNA复制。Yeeles同意，最好仔细研究复制体在线性DNA模板末端的行为。复制体能否按照提议使用3'突出端来制作最后一个冈崎片段?

Yeeles的体外复制实验结果非常清楚。复制体不会在3'突出端生成冈崎片段;实际上，早在前导链到达5'端之前，它就停止了滞后链的合成。第二个末端复制问题意味着两条DNA链都会随着每次分裂而缩短。端粒酶仅阻止前导链发生这种情况，Hiro的数据表明CST-Polα-引物酶解决了第二个末端复制问题，即滞后链的问题。

Takai在接下来的四年里设计了新的检测方法，以在体内证实Yeeles的发现。他能够测量由于滞后链末端复制问题而丢失了多少DNA，揭示了CST-Polα-引物酶需要添加多少CCCAAT重复才能保持端粒完整。

结果改变了我们对端粒生物学的理解——需要修改教科书。但这些发现也可能具有临床意义。

遗传了CST-Polα-primase突变的个体患有端粒疾病，例如Coatsplus综合征，其特征是眼睛疾病以及大脑、骨骼和胃肠道异常。通过更好地了解我们如何维持端粒，有一天可以在解决这些破坏性疾病方面取得进展。

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