PNAS：细胞核畸形与癌症

在癌症和一些其他疾病患者的细胞中，往往会出现细胞核畸形。最近，美国西北大学的研究人员开发了一个数学模型，揭开了引起细胞核膜突起（也称为“blebbing起泡”）的机制，为细胞形态缺陷研究带来了新的启示。文章发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

　　

生物通报道：在癌症和一些其他疾病患者的细胞中，往往会出现细胞核畸形。但人们并不清楚引起细胞形态异常的原因，也不了解这一现象与疾病的确切关联。

最近，美国西北大学的研究人员开发了一个数学模型，揭开了引起细胞核膜突起（也称为“blebbing起泡”）的机制，为细胞形态缺陷研究带来了新的启示。文章发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

“许多疾病病理学都包括细胞核形态的改变，包括早老综合症、Emery—Dreifuss肌营养不良症和一些癌症，”文章通讯作者Monica Olvera de la Cruz教授说。“我们的研究显示，核膜‘起泡’可能是由核纤层中蛋白组成不平衡引起的。”

细胞核保护着遗传物质，监控着细胞的生长和增殖，是细胞的控制中心。双层结构的核膜及其下的核纤层结构围绕在细胞核表面，维持细胞核的结构。核纤层不仅为细胞核提供力学支持，还帮助调节细胞分裂和组织遗传物质。

在大多数健康细胞中，细胞核呈光滑的球形。人们发现，癌症和一些其他疾病患者的细胞中存在核膜“起泡”现象，这标志着细胞核形态异常。

在哺乳动物中，核纤层网络主要由A型和B型两类核纤层蛋白组成，这两类蛋白就像包裹着细胞核的两张网。在正常条件下，A型和B型核纤层蛋白在细胞核球面上共存，所形成的健康核纤层厚度平均。

但研究人员发现，当B型核纤层蛋白存在缺失时，A型和B型核纤层蛋白开始彼此分离，这种力学特性的改变使整个核纤层网络不再均匀。在一些区域，核纤层蛋白纤维形成间隙，导致细胞核膜上“起泡”。

细胞核纤层尤其是A型核纤层蛋白，被认为是细胞核结构的主要砖石，它也参与了许多重要的细胞核功能。近来一些研究显示，核纤层蛋白A的数百个基因突变与多种人类疾病有关。而这些疾病都伴随有细胞核形态和核纤层组织形式的改变，显示了核纤层功能的重要性。

“这项研究让我们进一步了解了，细胞核形态异常的形成机制，”文章的作者之一Robert D. Goldman教授说。“物理学家和细胞生物学家的合作，为细胞生物学研究带来了宝贵的新发现。”

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Mechanical model of blebbing in nuclear lamin meshworks

Much of the structural stability of the nucleus comes from meshworks of intermediate filament proteins known as lamins forming the inner layer of the nuclear envelope called the nuclear lamina. These lamin meshworks additionally play a role in gene expression. Abnormalities in nuclear shape are associated with a variety of pathologies, including some forms of cancer and Hutchinson–Gilford Progeria Syndrome, and often include protruding structures termed nuclear blebs. These nuclear blebs are thought to be related to pathological gene expression; however, little is known about how and why blebs form. We have developed a minimal continuum elastic model of a lamin meshwork that we use to investigate which aspects of the meshwork could be responsible for bleb formation. Mammalian lamin meshworks consist of two types of lamin proteins, A type and B type, and it has been reported that nuclear blebs are enriched in A-type lamins. Our model treats each lamin type separately and thus, can assign them different properties. Nuclear blebs have been reported to be located in regions where the fibers in the lamin meshwork have a greater separation, and we find that this greater separation of fibers is an essential characteristic for generating nuclear blebs. The model produces structures with comparable morphologies and distributions of lamin types as real pathological nuclei. Thus, preventing this opening of the meshwork could be a route to prevent bleb formation, which could be used as a potential therapy for the pathologies associated with nuclear blebs.