科學家發現決定細胞核大小的信號

日期：2010-10-18 14:39:55

近日加州大學的科學家們發現了調控細胞核大小的信號，研究論文發表在《細胞》（Cell）雜志上。

通常不同物種細胞的細胞核大小不一，即使在同一物種的不同細胞類型及發育的不同時期細胞核的大小也存在明顯的差異。眾所周知，當癌細胞的細胞核開始增大時，這意味著這些癌細胞開始出現惡化。例如病理醫生在對子宮頸癌進行篩查時，會盡力在宮頸涂片中尋找細胞核明顯扭曲的細胞。

“病理學家通常根據癌細胞中核的大小對癌癥進行分期，但直到現在也沒有人能明確解釋它的具體依據，”加州大學伯克利分校分子和細胞生物學教授Rebecca Heald說。

Rebecca Heald和她的博士后Daniel L. Levy針對兩種非洲爪蟾的核差異展開了研究，發現相對于熱帶爪蟾（Xenopus tropicalis），非洲爪蟾（Xenopus laevis）的細胞核更大，在生長過程中能夠吸取更多的物質。

進而她們對進入細胞核的蛋白質進行了追蹤，發現這些蛋白質是構建細胞核內重要骨架蛋白——核纖層蛋白（lamin）網絡的重要結構物質。當lamin及其他結構蛋白被輸送進細胞核，它們會被快速地添加到核膜。此外研究者還發現另一種蛋白即核孔復合物可像插座一樣插在核孔上減慢大蛋白的進入。

研究人員進而證實細胞輸入蛋白importin α和核運輸因子2（ntf2）的共同影響了兩種蛙類核大小。

“這兩種蛋白的水平決定了核大小的差異，”Levy說： “我們發現與熱帶爪蟾比較，非洲爪蟾importin α水平較高，而ntf2水平較低。當我們在熱帶爪蟾卵抽提物中加入更多的importin，同時降低ntf2水平，熱帶爪蟾就可轉變為非洲爪蟾。”

Heald說：“我們本以為決定細胞核大小的機制非常復雜，但事實上不是。現在我們了解了調控細胞核大小的一些機制，我們將嘗試看是否能夠基于此改變癌細胞中核的大小。”

長久以來Heald一直致力于研究，希望能發現調控細胞內部結構的因素，揭示細胞分裂過程中紡錘體牽拉染色體分離的機制。Heald指出：“某些兩棲動物通常體積越大，則動物的細胞越大，細胞核亦越大，擁有的基因組遺傳物質越多。而對于哺乳動物卻不必然如此，當哺乳動物細胞的細胞核增大時，細胞通常不再是二倍體。研究證實高達75%的人類腫瘤為非整倍體。”

2006年Heald從美國國立衛生研究院（NIH）獲得了250萬美金的資金，以支持她開展與“細胞器大小”相關的研究。

Heald利用離心法從蛙卵中抽提出胞質成分，通過在其中添加新蛋白或抗體的方式阻斷抽提物中的蛋白來探索細胞內的活性機制。進而Heald和Levy將實驗從非洲爪蟾擴展到熱帶爪蟾。研究者們發現非洲爪蟾中的importinα濃度是熱帶爪蟾的三倍，而熱帶爪蟾中ntf2的濃度是非洲爪蟾的四倍。通過調整熱帶爪蟾卵抽提物中蛋白的水平，可使熱帶爪蟾的細胞核變得同非洲爪蟾的細胞核一樣大。通過對這兩種蛙類抽提物的研究，她們揭示了細胞核差異的機制。

“我們現在知道了生理狀態下細胞核大小差異的機制。但是對于細胞核大小與癌癥的相關性以及其中的具體機制還不能得到一個明確的結論。”Heald說。

Heald打算在接下來的研究工作中繼續在非洲爪蟾和熱帶爪蟾中追蹤可調控紡錘體大小的蛋白。紡錘體功能異常通常可導致細胞復制時發生錯誤的染色體分離，是導致癌癥及非整倍體的重要原因。