染色体的末端有一个称之为“端粒”的结构。染色体每复制一次，细胞分裂一次，端粒即缩短一点，缩到一定程度，细胞即进入衰老。而癌细胞可通过某些基因产生端粒酶，不断补充端粒的长度，使癌细胞得以“失控的复制”。染色体端粒和端粒酶的发现，进一步揭示了为何癌细胞可以“永生”。端粒最主要的功能是维持染色体长度。端粒维持染色体长度的观点来自两个危险因素的存在：DNA损伤反应所致的染色体末端双链DNA断裂和DNA丢失。端粒通过连接序列特异性末端保护因子和补充端粒酶来阻止这两个危险。异染色体代替端粒可以维持染色体长度。端粒消耗可以引起基因组不稳定，促进肿瘤发生。一旦肿瘤形成，恶性肿瘤克隆常常通过表达端粒酶而重新建立稳定的基因组。端粒给自身戴上一顶称为shelterin的六种蛋白构成的帽子从而形成自我保护。研究发现，t环（一种套索样结构）可调节端粒长度。

端粒功能失调可限制复制。肿瘤细胞普遍存在端粒丢失，这来源于四个因素的影响：肿瘤细胞在脆点位置双链断裂（double－strand breaks，DSB）增加、端粒位于脆点、端粒附近的DSB导致染色体不稳定和染色体修复功能缺陷。另外，shelterin的亚单位Rap1的缺失可诱导端粒重组。然而，端粒酶可以延长和维持端粒DNA，肿瘤细胞端粒酶的过表达提供了肿瘤失控复制的动力。新近研究发现，人类端粒酶蛋白不仅能合成端粒DNA，还增加细胞增殖。

端粒酶依赖的端粒延长和维持称为选择性端粒延长（alterative lengthening oftelomeres，ALT）。ALT的存在使肿瘤细胞在端粒缩短时仍能复制。高通量RNAi筛选出端粒酶抑制剂（如ERK8激酶），可减少端粒酶活性而致端粒功能失调，进一步限制肿瘤复制而达到治疗肿瘤的目的。