核纖層

普遍存在於高等真核細胞中，是內層核被膜下纖維蛋白片層，其纖維直徑為10毫微米左右，纖維縱橫排列整齊呈纖維網絡狀。核纖層在核內與核基質連接，在核外與中間纖維相連，構成貫穿於細胞核和細胞質的統一網架結構體系。它位於內層核膜與染色質之間，與核膜、染色質及核孔複合體在結構上有密切聯繫，核纖層蛋白向外與內層核膜上的蛋白結合，向內與染色質的特定區段結合。其厚度隨不同細胞而異，為30～100毫微米。大多數真核細胞的核纖層很薄。高等動物核纖層通常由3種屬於中間纖維的多肽組成，即核纖層蛋白（lamins）A、B、C。分子量60000～80000道爾頓。核纖層與核被膜的穩定、維持核孔位置、穩定間期染色質形態與空間結構、染色質構建和細胞核組裝密切相關。如在間期細胞中，核纖層為核膜提供了支架的作用，核纖層的可逆性解聚調節了核膜的崩解和重建，當細胞進行有絲分裂時，核纖層蛋白被磷酸化，引起核纖層可逆解聚，核膜崩解，在分裂末期時，核纖層蛋白去磷酸化，它直接介導了核膜圍繞染色體之重建。 ^[1] 

核纖層是位於細胞核內層核膜下的纖維蛋白片層或纖維網絡，核纖層由1至3種核纖層蛋白多肽組成。核纖層與中間纖維、核骨架相互連結，形成貫穿於細胞核與細胞質的骨架結構體系。 ^[1] 

間期細胞核中，核纖層與核膜在結構上有密切聯繫，常與核膜組分一起被分離。有人認為廣義的核膜包括3種主要結構組分：（1）核外膜和核內膜；（2）核孔複合體；（3）核纖層，而後兩者又被認為是核骨架的有機組分。當用高鹽、非離子去垢劑和核酸酶處理核膜後，只有核膜孔複合體和核纖層存留，核纖層對鹽溶液有較大的穩定性，在細胞抽提中常與中間纖維、核骨架共同被分離。 ^[1] 

在某些真核細胞中，通過超薄切片電鏡觀察可以直接觀察到位於內層核膜與染色質之間的核纖層結構，厚度為30～100nm，然而，絕大多數細胞的核纖層是很薄的結構。只有將核膜與染色質去除後才能觀察到。免疫細胞化學研究説明，核纖層至少在高等真核細胞間期細胞核中是普遍存在的。 ^[1] 

核纖層纖維的直徑為10nm左右，縱橫排列整齊，呈正交狀編織成網絡，分佈於內層核膜與染色質之間。一般認為核纖層結構整體觀呈一球狀或籠狀網絡，切面觀呈片層結構。在分裂期細胞，核纖層解體，以單體形式存在於胞質中。 ^[1] 

核纖層由核纖層蛋白（lamin）構成，分子量在60～80kD之間。蛋白質化學及免疫化學方法分析了多種高等動物的核纖層蛋白，證實其是一個蛋白家族。在哺乳動物和鳥類細胞中，存在3種核纖層蛋白，即核纖層蛋白A，核纖層蛋白B，核纖層蛋白C。在非洲爪蟾中有4種，即核纖層蛋白Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ。根據等電點的差別可將核纖層蛋白分為兩大類：（1）近中性的，如哺乳類和鳥類中的核纖層蛋白A和核纖層蛋白C，兩棲類中的LⅡ，LⅢ，LⅣ；（2）偏酸性的，其等電點為5～6或更低，如哺乳類和鳥類中的核纖層蛋白B和兩棲類中的LⅠ。真核細胞中的核纖層研究見表9－6，推測核纖層至少在高等真核細胞間期細胞核中是普遍存在的。但低等真核細胞中，尤其是單細胞真核生物中，是否存在核纖層結構和成分，尚有待探討。 ^[1] 

核纖層與中間纖維有許多共同點：

（1）兩者均形成10nm纖維；

（2）兩者均能抵抗高鹽和非離子去垢劑的抽提；

（3）某些抗中間纖維蛋白的抗體能與核纖層發生交叉反應，説明中間纖維蛋白與核纖層蛋白分子存在相同的抗原決定簇；

（4）兩者在結構上有密切聯繫，核纖層成為核骨架與中間纖維之間的橋樑。 ^[1] 

核纖層蛋白在人的各種組織和細胞中已有比較系統的研究。其中，核纖層蛋白A/C在大多數分化良好的上皮細胞中表達，而在神經內分泌起源的大多數細胞及造血細胞中不表達。核纖層蛋白B1在肌肉和連接組織中不表達，在上皮細胞中僅表達於增殖的細胞。除了肝細胞外，核纖層蛋白B2幾乎在所有檢測的組織中表達。核纖層蛋白在各種組織中特異性的表達也許預示着其功能的特異性。 ^[1] 

在哺乳動物中，核纖層蛋白家族包括A，A△10，C，C2，B1，B2及B3。在小鼠精子發生的過程中，各種核纖層蛋白的表達有特異性。其中，核纖層蛋白B2在整個精子發生過程中表達，但是核纖層蛋白A、C、B2不表達。核纖層蛋白C2僅特異性地表達於減數分裂期，而核纖層蛋白B3僅在精子發生後期即精子形成期表達。在睾丸的曲細精管中，支持細胞、精原細胞及各級減數分裂期精母細胞不表達核纖層蛋白B3，在圓形精子中可以檢測到核纖層蛋白B3。免疫熒光結果表明，核纖層蛋白B3的熒光信號分佈於細胞核的邊緣，並且在着絲粒異染色質上也有微弱的信號。隨着精子細胞的進一步成熟，熒光信號逐漸移向圓形精子和延長形精子的後部。核纖層蛋白B3位置改變的生物學功能還有待於進一步研究。 ^[1] 

有研究表明，A型核纖層蛋白是雄性小鼠生殖能力的重要決定因素。與野生型及lmna+/-雜合型小鼠相比，lmna-/-小鼠的睾丸體積及曲細精管的直徑明顯減小。雖然精原細胞和支持細胞數量基本未發生改變，但是I型精母細胞的數量減少。此外，減數分裂後期的細胞（精子細胞和精子）完全消失。TUNEL實驗結果表明，lmna-/-小鼠曲細精管中凋亡細胞的數量增多。雖然lmna-/-小鼠附睾中也充滿了官腔液，但是液體中不含精子，而在LMNA基因缺失的雌性小鼠中，卵子發生正常。 ^[1] 

核纖層最顯著的結構重組發生於分裂期，在細胞分裂過程中，核纖層發生解聚和重裝配。分裂前期，核膜崩解，核纖層解聚，核纖層蛋白彌散到胞質中。分裂末期，當核膜重現時，在染色體周圍重裝配，形成於細胞的核纖層。細胞分裂期中，核纖層蛋白的磷酸化水平發生顯著改變，分裂前期高度磷酸化，而末期則發生去磷酸化，提示磷酸化可能是分裂期中核纖層結構動態變化的調控因素，而核纖層蛋白磷酸化可能是分裂前期細胞內磷酸化級聯放大反應的一個重要環節，這種磷酸化級聯反應可以在時間上協調許多細胞結構在分裂期的重組。 ^[2] 

許多研究表明，核纖層對於細胞核形狀的維持是至關重要的。在小鼠精母細胞中，精母細胞特異性表達的核纖層蛋白B3缺失後導致細胞核形狀從球形變為鈎形。實際上，在COP5成纖維細胞中表達外源的核纖層蛋白B3也可以導致細胞核形態發生變化。在編碼核纖層蛋白A/C基因敲除的小鼠和秀麗新小杆線蟲中，同樣可以觀察到細胞核形態的改變。此外，人HIV病毒VPR蛋白可以誘導核纖層局部解體，最終導致核孔上出現可見的泡狀物。 ^[1] 

在非洲爪蟾卵細胞核提取物中，核纖層蛋白控制細胞核的大小。在細胞核提取物中核纖層被免疫缺失後，雖然核膜的組裝仍然進行，但是細胞核變小。 ^[1] 

超微結構研究發現，核纖層纖絲在二維空間上互相垂直排列，交織成網格狀結構，並且與核孔複合物(NPC)的某些亞基相互作用，從而把NPC錨定在核膜的相應位置上。在果蠅中，核纖層蛋白Dm0缺失後，可以觀察到NPC在核膜上漂浮，並最終聚集到一起。同樣，在lmn-1缺失的線蟲中也觀察到類似的結果。 ^[1] 

許多研究表明，在內層核膜中，核纖層蛋白之間的相互作用也有先後次序。其中，B類核纖層蛋白首先結合到核纖層纖絲上，然後是核纖層蛋白A，最後是核纖層蛋白C。在非洲爪蟾的卵細胞提取物中，重組的核纖層蛋白A僅當內源性核纖層蛋白B3存在的情況下，才能結合到體外組裝的精子原核的核膜上，這表明核纖層蛋白A也許僅能結合到已經存在的B型核纖層蛋白纖絲上。另外，還有證據表明，在體外培養的細胞中，核纖層蛋白A在B型核纖層蛋白組裝到有絲分裂末期的細胞核前，一直定位於核質中。核纖層蛋白A和C的組裝特性也不同。在小鼠細胞中表達或注射標記的核纖層蛋白後可以發現，核纖層蛋白A比核纖層蛋白C能夠更快的組裝到核纖層上。這些研究表明，核纖層蛋白A可以指導核纖層蛋白C的組裝。 ^[1] 

在非洲爪蟾卵細胞提取物中，核纖層蛋白B3的缺失將會導致細胞核體積縮小，並且生物素標記的dUTP也不能夠積極地參與到DNA複製過程中。當把純化的核纖層蛋白B3重新加入提取物中，細胞核形狀逐漸恢復，並且DNA複製重新開始。在體細胞有絲分裂的S期，核纖層蛋白B1從核膜轉移到DNA複製中心。這些結果表明，核纖層蛋白在DNA複製過程也許發揮了直接的作用。 ^[1] 

核纖層蛋白是促分裂因子（MPF）P34cdc2亞基的直接作用底物，P34cdc2亞基具蛋白激酶活性，有絲分裂前期，MPF使核纖層蛋白分子桿狀區兩端的Ser22和Ser392磷酸化，直接導致核纖層解聚及核膜崩解。在分裂末期時，核纖層蛋白去磷酸化，它直接介導了核膜圍繞染色體之重建。 ^[1]