科学家第一次看到细胞核的双层支架

我们的细胞有时必须挤过相当狭窄的空间。当它们发生时，内部的原子核必须随身携带。匹兹堡大学和卡内基梅隆大学的一组科学家利用超敏感显微成像技术，进行了一项基本的生物学发现，解释了核膜的结构，并提供了诱人的线索，了解细胞如何通过狭窄的开口挤压而不会发生泄漏。

这些研究结果也可能是解决几种遗传疾病机制的关键，今天在“ 美国国家科学院院刊”上有所描述。“这是一个偶然的发现，”皮特公共卫生研究生院人类遗传学系副教授，该研究的高级作者之一，MBBS博士，Quasar Padiath说。“就像其他人一样，我认为我们知道细胞核膜是如何组织起来的，但是当我们在调查遗传状况时仔细研究一下，我们发现这个故事还有很多。”

每个动物细胞都含有一个核，它是大多数遗传物质的家园。衬在包裹核的膜内部的是核层，这是一种给核提供球形结构的支架。科学家此前曾表示，椎板由缠结的细丝网形成，由称为lamin A和B的蛋白质组成。

Padiath与皮特医学和生物工程系副教授Yang Liu博士合作，仔细研究核层，因为他研究了具有致命遗传条件的人 - 常染色体显性遗传性脑白质营养不良与自主神经病(ADLD) - 具有编码核纤层蛋白B1(核纤层蛋白B的亚型)的基因的额外拷贝。科学家们首先使用称为“随机光学重建显微镜”(STORM)的超分辨率成像技术观察正常细胞中的椎板。

令他们惊讶的是，该团队发现实际上有两个截然不同的网状结构 - 一个外部的，更松散编织的薄层B层和一个内层更紧密的薄层A.

“非常值得注意的是，STORM能够可视化纤维素A和B1之间微观上的微小分离，”刘说，他也是UPMC希尔曼癌症中心的研究员。“传统的光学显微镜从未见过这种情况。”

Padiath的团队随后与卡内基梅隆大学化学工程教授Kris Dahl博士建立了持续的合作关系，他研究核膜的力学和结构，了解核层的功能。通过在不同程度的压力下成像核，科学家们发现，当细胞被压缩时，外部的，更松散编织的核纤层蛋白B1层变薄，使得核纤层A层在核的轴线处凸出。

“对我来说，这个过程类似于我的一个针织项目，”达尔说。“基于线迹和纱线厚度之间的孔，您可以预测材料的刚度。”

科学家认为他们的观察表明，不同的核层是必要的细胞系统的一部分：当正常运作时，它允许细胞核在被生物功能压缩时释放压力 - 例如在非常薄的血管内移动或挤压通过狭窄的开口 - 避免损坏细胞核本身。

在Padiath研究的疾病中 - ADLD患者通常在经历与致命性脑退化相关的症状之前生活在40多岁和50多岁。由于ADLD涉及核纤层蛋白B1基因的额外拷贝，Padiath未来的工作将探讨过量的核纤层蛋白B如何在中年时对脑细胞产生负面影响。

“现在我们可以看到如此精致细节的核建筑，我们可以开始问，'它如何改变ADLD和其他椎板疾病，尤其是衰老?'”Padiath说。

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