虽然自19世纪30年代以来就已知为细胞核中的圆形黑斑，但直到最近核仁才得到充分应对。科学家们已经了解到，除了建立细胞的蛋白质工厂外，这个专门的亚基或细胞器更广泛地作为细胞生长和健康的控制中心。

在经过一系列研究的过去几年中，普林斯顿大学的Clifford Brangwynne及其同事发现，核仁的行为就像一种具有蜂蜜稠度的液体。然而，不知何故，这种生物液滴保持了复杂的，分隔的内部结构。化学和生物工程助理教授Brangwynne 和其他研究人员一直困惑于这种类似液体的物体如何能够稳定地划分出层，而不是仅仅融合成均质的水珠。

Brangwynne的一项新研究，他的学生和他们的合作者提出了解决核仁组装和内部组织悖论的方法。他们的论文于2016年5月19日在线发表于Cell，表明核仁的组成蛋白和RNA自发地组装成三个不同的液体层，这归功于它们的不同特性，如表面张力和粘度。相反，油和水可以共存但仍保持分离，核仁形成液体子室，从而实现其关键功能。这些关于核仁形式和功能的见解最终可能指向治疗疾病的新方法。

“要获得核仁的特征分层，'核 - 壳'结构，你需要做的就是将足够浓度的正确分子混合在一起，”研究共同主要作者Marina Feric博士说。化学和生物工程专业的学生。

“我们为核仁的结构提供了生物物理机制，这种机制自动从不混溶液体的集体行为中产生，”该研究的另一位联合主要作者Nilesh Vaidya说，他是Brangwynne实验室的Helen Hay Whitney博士后研究员。

Brangwynne及其同事之前已经证明，除了核仁之外，还有许多其他细胞器也是相分离的RNA和蛋白质液滴。目前的研究结果表明，这些细胞器如何缺乏膜提供的明显区室化，但仍然可以展示出适合其细胞功能的复杂结构。

“流体的基本特性决定了核仁的哪些成分在内部和外部，”Brangwynne说。“由于即使在非生物状态下也能观察到这种效应背后的基本原理，我们认为这种物理图像适用于细胞内的许多细胞器。”

该研究的其他普林斯顿共同作者是研究生莲朱和初级蒂芬妮理查森，他们都在Brangwynne的Soft Living Matter Group。其他作者包括：圣路易斯华盛顿大学的Tyler Harmon和Rohit Pappu; 孟菲斯圣犹达研究医院的Diana Mitrea和Richard Kriwacki。该研究的资金部分由国家科学基金会，国立卫生研究院，国家癌症研究所和海伦·艾伦·惠特尼基金会提供。

研究人员通过对纯化的核仁蛋白以及活的卵细胞，蛔虫和培养细胞进行实验以及一些计算机模拟来研究核仁。

由Feric带头的青蛙卵的研究利用了鸡蛋拥有多个大核仁的事实，缓解了细胞器的观察和操纵。在这些卵中，由于弹性肌动蛋白网络，核仁通常不会接触。Feric将它们在药理学药物中孵育以分解肌动蛋白，使核仁彼此接触，并观察它们的内容融合，就像两滴水结合成更大的水滴一样。通过分析这些融合事件，研究人员梳理了各个核仁层的不同生物物理特性。

同时，由Vaidya领导的基于蛋白质的实验室工作发现，两种主要核仁蛋白质的液滴，称为FIB1和NPM1，不会作为均质液体相互融合。相反，由于FIB1的表面张力高于NPM1，前者被后者吞噬，精确地模仿活细胞中看到的核仁结构。作为这种现象的证明，研究人员还创造了类似的多相液滴 - 嵌入其他液体中的液体 - 使用植物油和硅油在水中。

总而言之，这些数据可以轻松地解释核仁的各个子室如何相互嵌入，有点像俄罗斯俄罗斯套娃或“筑巢”娃娃。

“这项研究非常重要且令人兴奋，”蒙特利尔大学的生物物理化学家Steve Michnick说，他没有参与这项研究。“它确立了核仁的子组织来自于一个相分离的身体包围另一个，并解释了每个身体和周围环境之间的物理互补性，从而产生了这种安排。”

对于核仁，这种分层形式遵循功能。新制造的RNA分子从细胞器的核心进入中间，然后是外部组件，在它们这样做时接受修改，就像在装配线上一样。像工厂一样，核仁酶会产生这些RNA比特，这些RNA比特在离开核仁后最终进入细胞的细胞质并连接起来形成称为核糖体的结构。工厂本身就是这些核糖体制造细胞的数千种蛋白质。

除了制造核糖体外，核仁最近还成为协调细胞生长的枢纽，有助于调节细胞分裂，甚至可以设定细胞自我破坏的时间，以应对压力或损伤。鉴于这种中心性，核仁在疾病中的作用也越来越被认可。例如，在某些疾病期间，核仁可能会失去一些正常的液体。如果有缺陷的核仁变得更加纤维状，那么通过它们的腔室平稳地流出RNA，这可能导致心脏和神经系统疾病。

另一个主要的核仁病是突出的癌症。在恶性细胞中，被劫持的核仁过多产生蛋白质，导致失控，快速分裂。肿瘤学家通常会对癌细胞的侵袭性进行评分，部分原因在于它们的畸形程度和肿胀的核仁。

正如新的细胞研究所提供的，进一步了解核仁的正常布局将有助于评估细胞器在不久的将来作为药物的有希望的治疗靶标。Brangwynne还希望了解核仁核 - 壳结构将为他的实验室正在进行的研究提供信息，这些研究是针对其他没有膜的被忽视的细胞器，如应力颗粒，p体和Cajal体。尽管这些结构在生物学教科书中几乎没有出现，但最近的研究表明它们在细胞生理学和许多疾病中都起着关键作用，包括诸如阿尔茨海默氏症和肌萎缩侧索硬化症(ALS)等聚集疾病。

“这项研究对我们来说非常令人兴奋，”Brangwynne说。“ 基于相对简单的物理原理，像核仁这样的复杂结构可以自我组织，这是令人惊讶的。我们希望这种组织在疾病方面可能出现问题，这也很简单。”