我們把東西放進(jìn)一個(gè)容器里，以保持它們的組織性和安全性。在細(xì)胞中，細(xì)胞核也有類(lèi)似的作用:使DNA在包膜中受到保護(hù)并保持完整。但是索爾克研究所的科學(xué)家們?cè)?1月2日的《基因與發(fā)展》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究表明，這種細(xì)胞容器對(duì)其內(nèi)容物起作用，從而影響基因的表達(dá)。

索爾克大學(xué)的馬丁·赫策教授同時(shí)也是杰西和卡里爾·菲利普斯基金會(huì)的主席。他說(shuō):“我們的研究表明，核膜不是許多生物學(xué)家認(rèn)為的被動(dòng)外殼，而是一種主動(dòng)的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。”“它不僅與基因組的某些部分相互作用以驅(qū)動(dòng)基因表達(dá)，而且在某些部分出現(xiàn)故障時(shí)，它還可能導(dǎo)致疾病過(guò)程。”

索爾克的研究小組利用一系列分子生物學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，核膜中的兩種蛋白質(zhì)，以及它們形成的跨膜復(fù)合物，與DNA片段活躍地聯(lián)系在一起，從而觸發(fā)關(guān)鍵基因的表達(dá)。更好地理解這些更高層次的功能可以幫助我們深入了解那些似乎與功能失調(diào)的核膜成分有關(guān)的疾病，比如白血病、心臟病和衰老障礙。

從歷史上看，核膜的主要作用被認(rèn)為是保持細(xì)胞核的內(nèi)容物與細(xì)胞的其他部分在物理上分離。至少有30種不同蛋白質(zhì)的復(fù)合物，稱為核孔蛋白，在膜中形成通道(孔)，控制進(jìn)出的物質(zhì)。但是，正如Hetzer實(shí)驗(yàn)室在核孔蛋白方面的工作所顯示的那樣，這些核孔復(fù)合物(NPCs)不僅僅是進(jìn)入細(xì)胞核的通道，還對(duì)細(xì)胞核內(nèi)的DNA具有令人驚訝的調(diào)節(jié)作用。

索爾克研究所的科學(xué)家、這篇論文的第一作者阿凱茲•伊巴拉(Arkaitz Ibarra)表示:“發(fā)現(xiàn)基因組的關(guān)鍵調(diào)控區(qū)域?qū)嶋H上位于核孔，這是非常出人意料的。”“更重要的是，核孔蛋白對(duì)這些基因組位點(diǎn)的功能至關(guān)重要。”

出于對(duì)核孔蛋白可能與DNA所有區(qū)域相互作用的好奇，研究小組轉(zhuǎn)向了人類(lèi)骨癌細(xì)胞系?？茖W(xué)家們使用一種叫做DamID的分子生物學(xué)技術(shù)來(lái)確定兩個(gè)核孔蛋白Nup153和Nup93是在哪里與基因組接觸的。然后他們使用了其他一些測(cè)序技術(shù)來(lái)了解哪些基因在這些區(qū)域受到影響，以及如何受到影響。

索爾克的研究小組發(fā)現(xiàn)，Nup153和Nup93與被稱為“超級(jí)增強(qiáng)子”的基因組片段相互作用，這種增強(qiáng)子有助于確定細(xì)胞的身份。由于我們體內(nèi)的每一個(gè)細(xì)胞都有相同的DNA，肌肉細(xì)胞與肝細(xì)胞或神經(jīng)細(xì)胞的不同之處在于，細(xì)胞內(nèi)的哪些特定基因被激活或表達(dá)。在Salk的研究中，發(fā)現(xiàn)Nup153和Nup93的存在可以調(diào)節(jié)超增強(qiáng)子驅(qū)動(dòng)基因的表達(dá)，而沉默任何一種蛋白的實(shí)驗(yàn)都會(huì)導(dǎo)致這些區(qū)域的基因表達(dá)異常。肺癌細(xì)胞系中進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了骨癌線結(jié)果:Nucleoporins在全國(guó)人大被發(fā)現(xiàn)與多個(gè)super-enhancer區(qū)域驅(qū)動(dòng)基因表達(dá),而實(shí)驗(yàn),改變了人大蛋白相關(guān)基因表達(dá)錯(cuò)誤,即使蛋白質(zhì)仍然執(zhí)行他們的主要角色,守門(mén)的細(xì)胞膜。

Ibarra說(shuō):“令人難以置信的是，我們可以在不影響它們的通道作用的情況下干擾蛋白質(zhì)，但附近的基因表達(dá)仍然出錯(cuò)。”

這一結(jié)果支持了其他研究，即細(xì)胞膜的問(wèn)題與心臟病、白血病和早衰癥(一種罕見(jiàn)的早衰綜合癥)有關(guān)。

“人們認(rèn)為核膜只是一種保護(hù)屏障，這也許就是它最初進(jìn)化的原因。”但還有很多我們不了解的監(jiān)管層面。這是一個(gè)非常重要的領(lǐng)域，因?yàn)榈侥壳盀橹?，每一種膜蛋白都被研究發(fā)現(xiàn)是突變或定位錯(cuò)誤的，似乎都會(huì)導(dǎo)致人類(lèi)疾病。