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Nature:重磅!首次解析出细胞核骨架的三维分子结构

发布时间: 2017-03-06 12:30     来源: 生物谷

图片来自Yagmur Turgay/瑞士苏黎世大学。
 
  在一项新的研究中,来自瑞士、美国和以色列的研究人员利用三维电子显微技术首次成功地在分子分辨率上阐明细胞核的核纤层(lamina)结构。这个核骨架(即核纤层)让高等真核生物中的细胞核保持稳定,并且参与遗传物质组装、激活和复制。肌肉萎缩症和过早衰老等疾病是由编码核纤层蛋白(lamin)的基因发生突变导致的。如今,人们能够更加高效地研究这些疾病。核纤层蛋白是核纤层的主要组分。相关研究结果于2017年3月1日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“The molecular architecture of lamins in somatic cells”。
  与细菌相比,在真核生物中,遗传物质位于细胞核中。细胞核的外层是由核膜组成的。核膜含有很多核孔。分子通过这些核孔进出细胞核。在核膜下方是核纤层。核纤层是细长的网络结构,仅几纳米厚。它让细胞核保持稳定,并且让细胞核中的DNA免受外面的影响。再者,核纤层在细胞核内发生的至关重要的过程(如染色体组装,基因激活,以及细胞分裂之前的遗传物质复制)中起着关键性的作用。
  解析出天然环境中的核纤层的详细三维结构图
  如今,在瑞士苏黎世大学生物化学系细胞生物学教授Ohad Medalia的领导下,一个研究团队首次成功地详细阐明哺乳动物细胞中的核纤层的分子结构。他们利用低温电子断层扫描术研究了小鼠的成纤维细胞。论文第一作者Yagmur Turgay解释道,“这种技术将电子显微术和断层扫描术结合在一起,能够在准自然状态下可视化三维观察细胞结构。”这些细胞在零下190度下冻存在液态乙烷中而无需事先接受有害化学物的处理,因而将细胞结构保持在它们的原始状态。
  Yagmur Turgay在描述这种核骨架的结构时,说道,“这种核纤层蛋白网络结构大约14纳米厚,直接位于核膜的核孔复合物下方,由或多或少密集堆积的区域组成。”这种核骨架是由薄薄的具有不同长度的细长结构(即核纤层蛋白丝)组成的。这些核纤层蛋白丝仅3.5纳米厚,要比形成位于高等生物中的细胞核外面的细胞骨架的那些结构更薄和更加脆弱。
  用于研究早衰症和肌肉萎缩症的新方法
  这些核纤层蛋白丝的构成单元是两种蛋白---A型和B型核纤层蛋白。核纤层蛋白由一种长柄结构和一种球状结构域组成。核纤层蛋白编码基因中发生的单个突变导致几种严重的疾病,如早衰症、肌肉萎缩症、脂肪代谢障碍和神经病变。Ohad Medalia作出结论,“在未来,低温电子断层扫描术将能够让我们详细地研究健康人和携带核纤层蛋白编码基因突变的患者在核纤层结构上存在的差异。”这种方法允许人们在分子水平上开发新的疾病模型,从而为开发新的治疗性干预铺平道路。

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