核纖層
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核纖層（nuclear lamina）
普遍存在于高等真核細(xì)胞中，是內(nèi)層核被膜下纖維蛋白片層，其纖維直徑為10毫微米左右，纖維縱橫排列整齊呈纖維網(wǎng)絡(luò)狀。核纖層在核內(nèi)與核基質(zhì)連接，在核外與中等纖維相連，構(gòu)成貫穿于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的統(tǒng)一網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。它位于內(nèi)層核膜與染色質(zhì)之間，與核膜、染色質(zhì)及核孔復(fù)合體在結(jié)構(gòu)上有密切聯(lián)系，核纖層蛋白向外與內(nèi)層核膜上的蛋白結(jié)合，向內(nèi)與染色質(zhì)的特定區(qū)段結(jié)合。其厚度隨不同細(xì)胞而異，為30～100毫微米。大多數(shù)真核細(xì)胞的核纖層很薄。高等動物核纖層通常由3種屬于中等纖維的多肽組成，即核纖層蛋白（lamins）A、B、C。分子量60000～80000道爾頓。核纖層與核被膜的穩(wěn)定、維持核孔位置、穩(wěn)定間期染色質(zhì)形態(tài)與空間結(jié)構(gòu)、染色質(zhì)構(gòu)建和細(xì)胞核組裝密切相關(guān)。如在間期細(xì)胞中，核纖層為核膜提供了支架的作用，核纖層的可逆性解聚調(diào)節(jié)了核膜的崩解和重建，當(dāng)細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂時(shí)，核纖層蛋白被磷酸化，引起核纖層可逆解聚，核膜崩解，在分裂末期時(shí)，核纖層蛋白去磷酸化，它直接介導(dǎo)了核膜圍繞染色體之重建。
核纖層是位于細(xì)胞核內(nèi)層核膜下的纖維蛋白片層或纖維網(wǎng)絡(luò)，核纖層由1至3種核纖層蛋白多肽組成。核纖層與中間纖維、核骨架相互連結(jié)，形成貫穿于細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的骨架結(jié)構(gòu)體系。
間期細(xì)胞核中，核纖層與核膜在結(jié)構(gòu)上有密切聯(lián)系，常與核膜組分起被分離。有人認(rèn)為廣義的核膜包括3種主要結(jié)構(gòu)組分：(1)核外膜和核內(nèi)膜；(2)核孔復(fù)合體；(3)核纖層，而后兩者又被認(rèn)為是核骨架的有機(jī)組分。當(dāng)用高鹽、非離子去垢劑和核酸酶處理核膜后，只有核膜孔復(fù)合體和核纖層存留，核纖層對鹽溶液有較大的穩(wěn)定性，在細(xì)胞抽提中常與中間纖維、核骨架共同被分離。
核纖層的研究
核纖層的研究始于50年代，而真正取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展是在70年代末和80年代。lamina曾有許多不同的名稱，如fibrous lamina、dense lamella、zona nuclear limitans，目前通用的名稱是lamina或nuclearlamina。現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的合適的中文譯名，有“核纖層”、“核層”、“核襯層”與“核周層”等不同的譯名，傾向于用核纖層來表示。
(一)形態(tài)結(jié)構(gòu)
在某些真核細(xì)胞中，通過超薄切片電鏡觀察可以直接觀察到位于內(nèi)層核膜與染色質(zhì)之間的核纖層結(jié)構(gòu)，厚度為30～100nm，然而，絕大多數(shù)細(xì)胞的核纖層是很薄的結(jié)構(gòu)。只有將核膜與染色質(zhì)去除后才能觀察到。免疫細(xì)胞化學(xué)研究說明，核纖層至少在高等真核細(xì)胞間期細(xì)胞核中是普遍存在的。
核纖層纖維的直徑為10nm左右，縱橫排列整齊，呈正交狀編織成網(wǎng)絡(luò)，分布于內(nèi)層核膜與染色質(zhì)之間。一般認(rèn)為核纖層結(jié)構(gòu)整體觀呈一球狀或籠狀網(wǎng)絡(luò)，切面觀呈片層結(jié)構(gòu)。在分裂期細(xì)胞，核纖層解體，以單體形式存在于胞質(zhì)中。
(二)成分
核纖層由核纖層蛋白(lamin)構(gòu)成，分子量在60～80kD之間。蛋白質(zhì)化學(xué)及免疫化學(xué)方法分析了多種高等動物的核纖層蛋白，證實(shí)其是一個(gè)蛋白家族。在哺乳動物和鳥類細(xì)胞中，存在3種核纖層蛋白，即核纖層蛋白A，核纖層蛋白B，核纖層蛋白C。在非洲爪蟾中有4種，即核纖層蛋白Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ。根據(jù)等電點(diǎn)的差別可將核纖層蛋白分為兩大類：(1)近中性的，如哺乳類和鳥類中的核纖層蛋白A和核纖層蛋白C，兩棲類中的LⅡ，LⅢ，LⅣ；(2)偏酸性的，其等電點(diǎn)為5～6或更低，如哺乳類和鳥類中的核纖層蛋白B和兩棲類中的LⅠ。真核細(xì)胞中的核纖層研究見表9-6，推測核纖層至少在高等真核細(xì)胞間期細(xì)胞核中是普遍存在的。但低等真核細(xì)胞中，尤其是單細(xì)胞真核生物中，是否存在核纖層結(jié)構(gòu)和成分，尚有待探討。
(三)核纖層蛋白的分子結(jié)構(gòu)
早在60年代就知道核纖層具有纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但對其分子基礎(chǔ)并不清楚。近年來發(fā)現(xiàn)核纖層與中間纖維有許多共同點(diǎn)：
(1)兩者均形成10nm纖維；
(2)兩者均能抵抗高鹽和非離子去垢劑的抽提；
(3)某些抗中間纖維蛋白的抗體能與核纖層發(fā)生交叉反應(yīng)，說明中間纖維蛋白與核纖層蛋白分子存在相同的抗原決定簇(Osborn＆ Weber， 1987)；
(4)兩者在結(jié)構(gòu)上有密切聯(lián)系，核纖層成為核骨架與中間纖維之間的橋梁。
(四)核纖層蛋白在細(xì)胞分化中的表達(dá)
核纖層蛋白在細(xì)胞分化過程中的表達(dá)具有一定的細(xì)胞特異性，最早發(fā)現(xiàn)非洲爪蟾體細(xì)胞和卵母細(xì)胞含有不同的核纖層蛋白，因而對胚胎發(fā)生和細(xì)胞分化過程中核纖層蛋白的表達(dá)發(fā)生了興趣。通過大量研究所得到的系統(tǒng)結(jié)果表明：
卵母細(xì)胞的核纖層蛋白由LⅢ構(gòu)成；卵球成熟過程中，細(xì)胞核破裂，LⅢ呈溶解狀態(tài)；卵受精后，解聚的LⅢ又重新聚合，形成胚胎細(xì)胞核內(nèi)的核纖層結(jié)構(gòu)；早期胚胎中(直至囊胚中期)，幾乎沒有新合成的LⅢ，而LⅠ和LⅡ完全缺失。這些數(shù)據(jù)說明，卵母細(xì)胞中核纖層是胚胎發(fā)生早期的核纖層蛋白庫。囊胚中期，LⅠ開始表達(dá)；而LⅡ在原腸期開始合成，至少在幾小時(shí)內(nèi)，幾種核纖層蛋白共同構(gòu)成胚胎細(xì)胞核內(nèi)的核纖層結(jié)構(gòu)。隨著發(fā)生過程的進(jìn)行，胚胎細(xì)胞核內(nèi)的LⅢ量逐漸減少，到蝌蚪期用免疫熒光染色在大多細(xì)胞中已檢測不到LⅢ。核纖層蛋白的結(jié)構(gòu)主要由LⅠ和LⅡ構(gòu)成。然而，在發(fā)生后期(47期)，某些體細(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞，肌肉細(xì)胞和睪丸支持細(xì)胞(Sertoli’s)細(xì)胞，重新開始表達(dá)LⅢ，大多數(shù)體細(xì)胞僅表達(dá)LⅠ和LⅡ。
(五)核纖層在生命活動中的變化
核纖層最顯著的結(jié)構(gòu)重組發(fā)生于分裂期，在細(xì)胞分裂過程中，核纖層發(fā)生解聚和重裝配。分裂前期，核膜崩解，核纖層解聚，核纖層蛋白彌散到胞質(zhì)中。分裂末期，當(dāng)核膜重現(xiàn)時(shí)，在染色體周圍重裝配，形成于細(xì)胞的核纖層。細(xì)胞分裂期中，核纖層蛋白的磷酸化水平發(fā)生顯著改變，分裂前期高度磷酸化，而末期則發(fā)生去磷酸化，提示磷酸化可能是分裂期中核纖層結(jié)構(gòu)動態(tài)變化的調(diào)控因素，而核纖層蛋白磷酸化可能是分裂前期細(xì)胞內(nèi)磷酸化級聯(lián)放大反應(yīng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，這種磷酸化級聯(lián)反應(yīng)可以在時(shí)間上協(xié)調(diào)許多細(xì)胞結(jié)構(gòu)在分裂期的重組。最新的研究表明，核纖層蛋白是促分裂因子(MPF)P34cdc2亞基的直接作用底物，P34cdc2亞基具蛋白激酶活性，有絲分裂前期，MPF使核纖層蛋白分子桿狀區(qū)兩端的Ser22和Ser392磷酸化，直接導(dǎo)致核纖層解聚。
(六)功能
核纖層與核膜、染色質(zhì)及核孔復(fù)合體在結(jié)構(gòu)上有密切聯(lián)系，一般認(rèn)為核纖層在細(xì)胞核中起支架作用，為核膜及染色質(zhì)提供了結(jié)構(gòu)支架。
核纖層的作用：
1．保持核的形態(tài)：是核被膜的支架，用高鹽溶液、非離子去污劑和核酸酶去除大部分核物質(zhì)，剩余的核纖層仍能維持核的輪廓。此外，核纖層與核骨架以及穿過核被膜的中間纖維相連，使胞質(zhì)骨架和核骨架形成一連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
2．參與染色質(zhì)和核的組裝：核纖層在細(xì)胞分裂時(shí)呈現(xiàn)出周期性的變化，在間期核中，核纖層提供了染色質(zhì)（異染色質(zhì)）在核周邊錨定的位點(diǎn)。在前期結(jié)束時(shí)，核纖層被磷酸化，核膜解體。其中B型核纖肽與核膜殘余小泡結(jié)合，A型溶于胞質(zhì)中。在分裂末期，核纖肽去磷酸化重新組裝，介導(dǎo)了核膜的重建。
核纖層與核膜在結(jié)構(gòu)和功能上的關(guān)系是一個(gè)令人感興趣的問題。生化分析發(fā)現(xiàn)核纖層蛋白A，B和C均有親膜結(jié)合作用，而以核纖層蛋白B與膜的結(jié)合能力最強(qiáng)。在細(xì)胞分裂期中，核膜與核纖層的行為密切相關(guān)，核膜崩解和核纖層解聚后，核纖層蛋白B能選擇性地與核膜小泡結(jié)合。Gerace等(1986)推測分裂期中核纖層的可逆性解聚與重裝配對核膜的崩解與重裝配有調(diào)節(jié)作用，分裂前期核纖層的解聚為核膜崩解形成膜泡提供了必要的微環(huán)境。分裂期中核纖層蛋白B結(jié)合在核膜小泡上。分裂末期，當(dāng)核纖層蛋白去磷酸化與重裝配時(shí)，直接介導(dǎo)了核膜圍繞染色體的重裝配，核纖層蛋白將核膜小泡“引導(dǎo)”到染色體表面，經(jīng)膜融合后構(gòu)成新核膜。這樣一個(gè)以核纖層為基礎(chǔ)的核膜重建模型認(rèn)為少數(shù)幾種核膜相關(guān)蛋白即足以使核膜在分裂期重建。當(dāng)然，這一模型尚缺乏充分的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
A型核纖層蛋白前體
2010年5月12日國研究人員日前報(bào)告說，他們發(fā)現(xiàn)一種使人衰老的蛋白質(zhì)在心臟病發(fā)病過程中起著重要作用，這將有助于研發(fā)治療心臟病的新途徑。
英國倫敦國王學(xué)院等機(jī)構(gòu)研究人員在新一期國《循環(huán)》醫(yī)學(xué)期刊上報(bào)告說，以前研究曾發(fā)現(xiàn)名為“A型核纖層蛋白前體”的蛋白質(zhì)與人體衰老有關(guān)，本次研究分析了這種蛋白質(zhì)對心臟細(xì)胞的作用，發(fā)現(xiàn)它會使得心臟細(xì)胞難以修復(fù)自身損傷，導(dǎo)致心血管硬化和脂肪堆積，最終導(dǎo)致心臟病。
研究人員表示，這項(xiàng)研究為治療心臟病找到了一個(gè)途徑，即可以通過有效抗氧化使用較強(qiáng)的抗氧化劑（如類胡蘿卜素的β-胡蘿卜素、ASTA蝦青素，番茄紅素等）減少這種蛋白質(zhì)或抑制其發(fā)揮作用來延緩心臟細(xì)胞衰老。
研究還發(fā)現(xiàn)，在老人的心臟平滑肌細(xì)胞中往往可以發(fā)現(xiàn)這種蛋白質(zhì)的含量偏高，這也許是老人成為心臟病高發(fā)群體的原因之一。
領(lǐng)導(dǎo)研究的凱瑟琳.沙納漢教授說，雖然這種蛋白質(zhì)在體內(nèi)積累與自然衰老密切相關(guān)，但人們的生活方式也會對這種蛋白質(zhì)的積累速度造成影響，如吸煙等不良生活習(xí)慣就會加速它的積累，提前造成心臟細(xì)胞衰老并導(dǎo)致心臟病。
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