第三节 核骨架
核骨架是由3~5nm网络纤维和直径为8~10nm的颗粒状物质组成的,形态不规则。
分离出的细胞核经核酸酶消化、高浓度的盐缓冲液(2mol/L NaCl)和非离子洗涤剂(Triton X-100或NP40)等步骤处理后,可得到一残余结构,此结构的外形和大小与核基本一致,说明核中确存在着一种网架状的核基质结构,有人又称其为核骨架(nuclear skeleton)。
关于核骨架和核基质的概念, 到目前为止, 还没有一个统一的认识。
从狭义上讲,核骨架是指核内的一个纤维蛋白质性质的网架结构体系,即核基质,指除核被膜、核纤层-核孔复合体体系、染色体骨架与核仁以外的网架结构体系。
从广义上讲,核骨架包括核基质、核纤层-核孔复合体体系、残存的核仁和染色体骨架。
核骨架与细胞质骨架在结构上具有一定的联系,但又是一独立的网架结构体系。
核骨架的概念:
狭义核骨架即核基质,核内的一个纤维蛋白质性质的网架结构体系。
广义核骨架包括核基质(核内的一个纤维蛋白质性质的网架结构体系);核纤层-核孔复合体体系(为由中间丝蛋白构成的纤维网架,位于内层核膜的下方);残存的核仁;染色体骨架
(为由非组蛋白构成的支架)。
一、核基质
(一)形态结构和化学组成
Coffey认为,由纤维蛋白构成的网架结构充满了核内的整个空间,残存的核仁被包围在该纤维网架中;核纤层为由中间丝蛋白构成的纤维网架,位于内层核膜的下方,核基质的纤维网架与核纤层有着广泛的结构联系。
核基质纤维粗细不一,直径3~30nm。可能单纤维直径为3~4nm,粗纤维可能是由多根单纤维组成的复合体。
基质的化学组成随所用的细胞材料、制备方法及核酸酶的消化程度不同而有所差异。
核基质的主要化学成分为蛋白质和少量的RNA。其中,蛋白质的含量可高达90%,RNA量虽少,可能对维持核基质的三维网络结构是必需的。
(二)化学组成
构成核基质的蛋白质成分非常复杂,目前已鉴定出的有四类:
(1)核基质蛋白(nuclear matrin)D、E、F、G和4等,可能是核基质上DNA袢环的结合蛋白;
(2)Nuc2+蛋白,可能在分裂期染色体的分离过程中起重要作用;
(3)核内肌动蛋白,可能在mRNA合成过程中起作用;
(4)附着区结合蛋白(attachment region binding protein, ARBP),可与富含AT的基质连接区(matrix-attached region, MAR)序列结合,在转录过程中可能与维持DNA的特定拓扑结构有关。
最近几年来,还陆续发现了一些核基质结合蛋白(nuclear matrix-binding protein),包括DNA拓扑异构酶Ⅱ、DNA聚合酶a/引物酶、RNA聚合酶Ⅱ、钙调蛋白、蛋白质激酶C、Rb蛋白(抑癌基因Rb的编码产物)和RNP等,即一些与DNA和RNA代谢密切相关的酶类、细胞信号识别和细胞周期的调控因子,甚至于病毒特异的调控蛋白均能紧密地结合在核基质结构上,它们协助核基质的蛋白质组分共同来完成核基质网架结构的构建和生物学功能。
(三)生物学功能
(1) 核基质与DNA复制有关;
(2) 核基质与RNA转录有关;
(3) 核基质与RNA的加工有关;
(4) 核基质参与染色体DNA的有序包装和染色体构建;
(5) 核基质与细胞分化 。
二、核纤层与核孔复合体系统
由中间丝蛋白构成的蛋白网络结构
核纤层在结构上与核孔复合体具有密切的关系。
维持核孔的位置和核膜的形状;
为染色质提供附着位点(染色质的结构支架);
核膜的解体和重建。
三、染色体骨架
染色体骨架是染色体中由非组蛋白构成的结构支架
染色体骨架由大约30种非组蛋白构成,无组蛋白:
主要成分:SCI (DNA拓扑异构酶II)和SCII是染色体骨架的主要成分占总量的40%。两种着丝粒蛋白(CENP-B和CENP)。
功能:
染色体高级结构的结构骨架
DNA复制
RNA转录与加工
染色体构建等
染色体骨架与核基质成分的公用性:
DNA拓扑异构酶II:染色体骨架的组分同时还是核基质的组分。
分裂前期:
核基质的某些成分→转变→染色体骨架;
分裂后期:
染色体骨架→转变→核基质