专题七核基质的结构与组成课件.ppt

专题七：专题七：核基质的结构与组成核基质的结构与组成肖尚英医学生物化学与分子生物学研究所9/5/20241专题七核基质的结构与组成一、细一、细 胞胞 核核 简简 介介n细胞核是细胞进化的里程碑，它是发现最早、细胞核是细胞进化的里程碑，它是发现最早、认识最少的细胞器认识最少的细胞器16741674年发现，年发现，18311831年定年定名，认识逐步深入，但仍有许多谜团名，认识逐步深入，但仍有许多谜团n细胞核是细胞遗传信息（细胞核是细胞遗传信息（DNADNA）的贮存、复制）的贮存、复制和转录的主要场所；真核生物都有一个形态和转录的主要场所；真核生物都有一个形态完整，有核膜包裹的细胞核，对细胞的生长、完整，有核膜包裹的细胞核，对细胞的生长、发育、繁殖和遗传、变异起着决定性的作用发育、繁殖和遗传、变异起着决定性的作用n细胞核由核被膜、染色质、核仁和核基质细胞核由核被膜、染色质、核仁和核基质 组组成（图成（图7-17-1）9/5/20242专题七核基质的结构与组成图图7-1：真核生物细胞核结构示意图：真核生物细胞核结构示意图 9/5/20243专题七核基质的结构与组成n在真核细胞核内除染色质、核膜与核仁外，在真核细胞核内除染色质、核膜与核仁外，还有一个以非组蛋白为主的网架结构体系。

还有一个以非组蛋白为主的网架结构体系n这一网架结构体系最初是由这一网架结构体系最初是由Berezney和和Coffey于于19741974年研究大鼠肝细胞核亚微结构时发现年研究大鼠肝细胞核亚微结构时发现的，并首次将之命名为的，并首次将之命名为核基质核基质(nuclear matrix) 9/5/20244专题七核基质的结构与组成n核基质核基质是指真核细胞的细胞核依次去除膜脂、是指真核细胞的细胞核依次去除膜脂、可溶性蛋白及染色质后所残留下来的以非组可溶性蛋白及染色质后所残留下来的以非组蛋白为主的网架结构；蛋白为主的网架结构；n包括核纤层、内部纤维包括核纤层、内部纤维- -颗粒状网架结构体系颗粒状网架结构体系(the inner fibrogranular network)和核仁基质等和核仁基质等三部分9/5/20245专题七核基质的结构与组成n核基质主要成分除非组蛋白外，还含有少量的核基质主要成分除非组蛋白外，还含有少量的RNARNA和和DNADNAn核基质蛋白具有组织、细胞特异性，大量研究核基质蛋白具有组织、细胞特异性，大量研究表明核基质不仅在维持细胞核的形态结构；而表明核基质不仅在维持细胞核的形态结构；而且在染色质且在染色质/ /染色体构建、染色体构建、DNADNA复制、基因表达复制、基因表达调控和调控和DNADNA的损伤修复等细胞生命活动中起重的损伤修复等细胞生命活动中起重要作用。

要作用 9/5/20246专题七核基质的结构与组成（一）核被膜：（一）核被膜：n核被膜是内膜系统一部分，由核被膜是内膜系统一部分，由核膜、核孔复合体核膜、核孔复合体和核纤层和核纤层组成，其上有许多核膜孔核膜孔是细组成，其上有许多核膜孔核膜孔是细胞核与细胞质进行物质交换的选择性通道胞核与细胞质进行物质交换的选择性通道n核膜由两层膜组成，两膜中间叫核周间隙核纤核膜由两层膜组成，两膜中间叫核周间隙核纤层位于核膜内侧，成分为核纤层蛋白核被膜是层位于核膜内侧，成分为核纤层蛋白核被膜是控制物质、信息交流的脂双层膜结构，分隔核与控制物质、信息交流的脂双层膜结构，分隔核与质，构成核、质之间的天然选择性屏障质，构成核、质之间的天然选择性屏障（图（图7-27-2）n核被膜可避免生命活动的彼此干扰，保护核被膜可避免生命活动的彼此干扰，保护DNADNA不受不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤细胞骨架运动所产生的机械力的损伤 9/5/20247专题七核基质的结构与组成图图7-2：核被膜结构示意图：核被膜结构示意图9/5/20248专题七核基质的结构与组成n核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建，新核膜来自旧核膜。

核被膜的去组装是建，新核膜来自旧核膜核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性非随机的，具有区域特异性（domain-specific）以非洲爪蟾的卵提取物为基础的以非洲爪蟾的卵提取物为基础的非细胞核装配体系提供了实验模型非细胞核装配体系提供了实验模型n核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调节，调节作用可能与核纤层蛋调控因子的调节，调节作用可能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化修饰有关 9/5/20249专题七核基质的结构与组成1、核膜、核膜 （nuclear membrane）n由内外两层单位膜构成，核周间隙（由内外两层单位膜构成，核周间隙（20-40 20-40 nmnm）充满液态物质；）充满液态物质；n核外膜的表面附着核糖体，可与核外膜的表面附着核糖体，可与RERRER相连；相连；n核内膜的内侧有致密纤维蛋白层（核纤层）的核内膜的内侧有致密纤维蛋白层（核纤层）的特异蛋白与核纤层相连，稳定核外形特异蛋白与核纤层相连，稳定核外形 9/5/202410专题七核基质的结构与组成2、核孔复合体、核孔复合体（（nuclear pore complex，NPC） n核孔是由核膜内外层局部融合形成，核孔是由核膜内外层局部融合形成，3000-3000-40004000个个/ /细胞。

细胞n核孔复合体结构模型称为核孔复合体结构模型称为fish-trap模型（图模型（图7-7-3 3）9/5/202411专题七核基质的结构与组成从横向上看，从横向上看，核孔复合体由核孔复合体由周边向核孔中周边向核孔中心依次可分为心依次可分为环、辐、栓三环、辐、栓三种结构亚单位；种结构亚单位；9/5/202412专题七核基质的结构与组成 从纵向上看，从纵向上看，核孔复合体由核核孔复合体由核外（胞质面）向外（胞质面）向核内（核质面）核内（核质面）依次可分为胞质依次可分为胞质环、辐（十栓）、环、辐（十栓）、核质环三种结构核质环三种结构亚单位，形成亚单位，形成“三明治三明治”式的结式的结构9/5/202413专题七核基质的结构与组成n核孔复合体主要由蛋白质构成，其总相对分子核孔复合体主要由蛋白质构成，其总相对分子质量约为质量约为1-5×101-5×106 6，推测可能含有，推测可能含有100100余种不余种不同的多肽，共同的多肽，共10001000多个蛋白质分子多个蛋白质分子n如：如：gp210gp210是一种结构性跨膜蛋白，介导核孔是一种结构性跨膜蛋白，介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体锚定在复合体与核被膜的连接，将核孔复合体锚定在““孔膜区孔膜区””，从而为核孔复合体装配提供一个，从而为核孔复合体装配提供一个起始位点；起始位点；np62p62是一种功能性的核孔复合体蛋白，具有两是一种功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域，可能在核孔复合体功能活动中个功能结构域，可能在核孔复合体功能活动中直接参与核质交换。

直接参与核质交换9/5/202414专题七核基质的结构与组成n核孔复合体的功能：核孔复合体的功能：n核质与胞质间物质交换通道具有双向选择性；核质与胞质间物质交换通道具有双向选择性；n离子和水溶性小分子通过自由扩散出入，核蛋离子和水溶性小分子通过自由扩散出入，核蛋白运进（具核定位信号白运进（具核定位信号NLSNLS）、）、RNARNA和和RNPRNP颗粒、颗粒、核糖体亚基等物质的通过主动运输运出核糖体亚基等物质的通过主动运输运出9/5/202415专题七核基质的结构与组成3、核纤层、核纤层（（Nuclear lamina）） n内核膜内表面有一层电子密度高的蛋白质网络内核膜内表面有一层电子密度高的蛋白质网络结构，称为核纤层（厚度为结构，称为核纤层（厚度为10-20 nm10-20 nm），其化），其化学成分为中间纤维切面观呈片层结构，整体学成分为中间纤维切面观呈片层结构，整体观为球形网络构成核纤层中间纤维的蛋白有观为球形网络构成核纤层中间纤维的蛋白有3 3种：分别称：种：分别称：lamin A、、lamin B、、 lamin C分子量在分子量在60-75 kD60-75 kD之间（图之间（图7-47-4）。

9/5/202416专题七核基质的结构与组成图图7-4：核纤层结构示意图：核纤层结构示意图9/5/202417专题七核基质的结构与组成n一般认为核纤层为核膜与染色质提供了结构支架，一般认为核纤层为核膜与染色质提供了结构支架，并介导核膜及染色质之间的相互作用并介导核膜及染色质之间的相互作用n如：如：①①维持核孔的位置和在有丝分裂间期对细胞维持核孔的位置和在有丝分裂间期对细胞核膜起支撑作用以维持核被膜的形状；核膜起支撑作用以维持核被膜的形状；n②②为间期染色质提供锚定位点，为分裂期染色体为间期染色质提供锚定位点，为分裂期染色体提供构建附着的位点，介导核膜与染色质之间的提供构建附着的位点，介导核膜与染色质之间的相互作用；相互作用；n③③与在分裂期调控核膜的解离和重新装配有关与在分裂期调控核膜的解离和重新装配有关9/5/202418专题七核基质的结构与组成n在有丝分裂间期细胞核是分区的，每条染色体在在有丝分裂间期细胞核是分区的，每条染色体在核中各自占据一定的区域，有特定的位置，染色核中各自占据一定的区域，有特定的位置，染色体相对分隔的位置是通过染色体上特异位点附着体相对分隔的位置是通过染色体上特异位点附着于内层核膜（核纤层）来维持的。

于内层核膜（核纤层）来维持的n核纤层存在于内核模和染色质之间，是核形的决核纤层存在于内核模和染色质之间，是核形的决定性因素，与细胞核的各种功能相关，包括定性因素，与细胞核的各种功能相关，包括DNADNA复复制，制，RNARNA转录，细胞核和染色质构建，细胞周期调转录，细胞核和染色质构建，细胞周期调节，细胞发育和分化，凋亡等节，细胞发育和分化，凋亡等 9/5/202419专题七核基质的结构与组成n新近的研究还表明，核纤层基因的突变可引起多新近的研究还表明，核纤层基因的突变可引起多种遗传病种遗传病n核纤层蛋白核纤层蛋白(Lamin)(Lamin)是核被膜内层的纤维蛋白网状是核被膜内层的纤维蛋白网状结构，构成被膜的骨架，是形成核纤层的关键成结构，构成被膜的骨架，是形成核纤层的关键成分，包括分，包括Lamin A/C、、Lamin B和一些相关蛋白和一些相关蛋白Lamin A/C是其两种不同的剪接体是其两种不同的剪接体Lamin A/CLamin A/C可可以和以和pRbpRb相互作用，防止相互作用，防止pRbpRb的降解n细胞凋亡时，核纤层蛋白被细胞凋亡时，核纤层蛋白被Caspase-3降解，这是降解，这是凋亡时细胞核结构改变的基础。

有研究发现转录凋亡时细胞核结构改变的基础有研究发现转录活化因子活化因子P300P300的表达能直接改变细胞核的形态的表达能直接改变细胞核的形态 9/5/202420专题七核基质的结构与组成n在转染在转染P300P300的前列腺癌细胞中，细胞核的形态的前列腺癌细胞中，细胞核的形态发生显著改变的同时发生显著改变的同时Lamin A/C的的mRNAmRNA和蛋白和蛋白量显著增加，说明量显著增加，说明P300P300通过通过Lamin A/C引起细引起细胞核形的改变胞核形的改变n核纤层的改变和核型的改变或许会影响染色质核纤层的改变和核型的改变或许会影响染色质的基因位点，进而改变基因表达模式及诱导细的基因位点，进而改变基因表达模式及诱导细胞的恶性转化胞的恶性转化9/5/202421专题七核基质的结构与组成（二）染色质（二）染色质n处于分裂间期的真核细胞，其染色质是由处于分裂间期的真核细胞，其染色质是由DNADNA、、组蛋白、其它蛋白和少量的组蛋白、其它蛋白和少量的RNARNA组成的一种线组成的一种线性的复合构造，性的复合构造，19741974年，年，R. Kornberg，，染色染色质结构的念珠模型，其基本组成单位是核小体质结构的念珠模型，其基本组成单位是核小体（图（图7-57-5）。

n染色质是遗传物质在间期细胞的存在形式，常染色质是遗传物质在间期细胞的存在形式，常呈网状不规则结构呈网状不规则结构n染色体是在真核细胞分裂过程中由染色质丝盘染色体是在真核细胞分裂过程中由染色质丝盘绕螺旋、折叠、聚缩而成的棒状结构染色质绕螺旋、折叠、聚缩而成的棒状结构染色质可被苏木精等碱性染料染色，故称染色质可被苏木精等碱性染料染色，故称染色质9/5/202422专题七核基质的结构与组成图图7-5：核小体结构模型：核小体结构模型 9/5/202423专题七核基质的结构与组成1、染色质组成、染色质组成n染色质主要成分是染色质主要成分是DNADNAn组蛋白：碱性蛋白分为组蛋白：碱性蛋白分为H1H1、、H2AH2A、、H2BH2B、、H3H3、、H4H4，其中，其中H1H1与染色质高级结构形成有关；其余四种与染色质高级结构形成有关；其余四种参与核小体的构成，维持染色体结构组蛋白对参与核小体的构成，维持染色体结构组蛋白对DNADNA复制、转录活性有抑制作用复制、转录活性有抑制作用n非组蛋白：酸性蛋白非组蛋白能解除组蛋白对非组蛋白：酸性蛋白非组蛋白能解除组蛋白对DNADNA活性的抑止作用，促进活性的抑止作用，促进DNADNA复制和转录。

复制和转录nRNARNA：数量少，来源功能不清数量少，来源功能不清9/5/202424专题七核基质的结构与组成2、染色质的存在形式、染色质的存在形式 n间期的间期的染色质染色质有利于遗传信息的复制和表达，有利于遗传信息的复制和表达，分裂期的分裂期的染色体染色体有利于遗传物质的平均分配有利于遗传物质的平均分配染色质和染色体是同一种物质在间期和分裂期染色质和染色体是同一种物质在间期和分裂期的不同存在形式的不同存在形式 n根据染色后形态的不同，染色质又分常染色质根据染色后形态的不同，染色质又分常染色质和异染色质和异染色质9/5/202425专题七核基质的结构与组成n常染色质一般位于核的中央，是间期核中处于常染色质一般位于核的中央，是间期核中处于伸展状态的伸展状态的DNADNA分子部分，由于其螺旋化程度分子部分，由于其螺旋化程度低，所以着色较浅，具有转录活性，是经常处低，所以着色较浅，具有转录活性，是经常处于功能活跃状态的染色质于功能活跃状态的染色质n异染色质多分布在核周缘，紧靠核内膜，少数异染色质多分布在核周缘，紧靠核内膜，少数与核仁相结合或散在于核中是间期核中高度与核仁相结合或散在于核中。

是间期核中高度螺旋化的螺旋化的DNADNA分子部分，由于其螺旋化程度高，分子部分，由于其螺旋化程度高，所以着色很深，很少转录，功能上处于静止状所以着色很深，很少转录，功能上处于静止状态，是低活性的染色质态，是低活性的染色质9/5/202426专题七核基质的结构与组成n结构异染色质结构异染色质：在各种细胞和细胞发育的任何：在各种细胞和细胞发育的任何时期，都为异染色质常见于染色体的着丝粒、时期，都为异染色质常见于染色体的着丝粒、端粒n兼性异染色质兼性异染色质：仅在某些类型的细胞中或细胞：仅在某些类型的细胞中或细胞发育的某个时期为异染色质如：女性的发育的某个时期为异染色质如：女性的X X染染色质 9/5/202427专题七核基质的结构与组成3、染色体的结构、染色体的结构nLaemmli提出了染色体提出了染色体““袢环袢环””模型，模型的结构为模型，模型的结构为：（图：（图7-67-6））n非组蛋白构成的纤维网架形成染非组蛋白构成的纤维网架形成染色体支架；色体支架；n螺线管一端与支架结合，另一端螺线管一端与支架结合，另一端向周围呈环状迂回后再回到结合向周围呈环状迂回后再回到结合处形成袢环，每个袢环含处形成袢环，每个袢环含315315个个核小体；核小体；n1818个袢环呈放射平面排列形成微个袢环呈放射平面排列形成微带；带；n微带沿染色体纵轴建成染色体。

微带沿染色体纵轴建成染色体图图7-6：染色体结构模型：染色体结构模型核基质核基质9/5/202428专题七核基质的结构与组成（三）核仁（（三）核仁（necleolus））n核仁是细胞核中没有膜包裹的圆形或椭圆形核仁是细胞核中没有膜包裹的圆形或椭圆形小体是细胞核中染色最深的部分是真核小体是细胞核中染色最深的部分是真核生物细胞合成生物细胞合成rRNArRNA和装配核糖体的部位和装配核糖体的部位n核仁见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般核仁见于间期的细胞核内，呈圆球形，一般1-21-2个，也有多达个，也有多达3-53-5个的n核仁的位置不固定，或位于核中央，或靠近核仁的位置不固定，或位于核中央，或靠近内核膜，核仁的数量和大小因细胞种类和功内核膜，核仁的数量和大小因细胞种类和功能而异能而异9/5/202429专题七核基质的结构与组成1、核仁的化学组成与形态结构、核仁的化学组成与形态结构n核仁由蛋白质、核仁由蛋白质、RNARNA、、DNADNA、少量脂类组成少量脂类组成n核仁没有界膜包围、呈海绵状网络形态，可核仁没有界膜包围、呈海绵状网络形态，可分为四部分：分为四部分：①①纤维成分：纤维丝，纤维成分：纤维丝，RNARNA和蛋白质；和蛋白质；②②颗粒成分：高电子密度颗粒，是不同成熟度颗粒成分：高电子密度颗粒，是不同成熟度的核糖体亚单位前体；的核糖体亚单位前体；③③核仁区染色质：包括核仁周边染色质、核仁核仁区染色质：包括核仁周边染色质、核仁内染色质两部分；内染色质两部分；④④核仁基质：无结构的蛋白质溶液。

核仁基质：无结构的蛋白质溶液9/5/202430专题七核基质的结构与组成核仁在电子显微镜下可辨认出有核仁在电子显微镜下可辨认出有3个特征性的区域个特征性的区域（图（图7-7）） ：①①纤维中心纤维中心(fibrillar centers，，FC)：是被：是被致密纤维包围的一个致密纤维包围的一个或几个低电子密度的或几个低电子密度的圆形结构，主要成分圆形结构，主要成分为为RNARNA聚合酶和聚合酶和rDNArDNA（（rRNArRNA基因），基因），这些这些rDNArDNA是裸露的分是裸露的分子9/5/202431专题七核基质的结构与组成图图7-7：核仁结构示意图：核仁结构示意图 ②②致密纤维组分致密纤维组分(dense fibrillar component，，DFC)：呈环形或：呈环形或半月形包围半月形包围FCFC，由致密的纤维构，由致密的纤维构成，是新合成的成，是新合成的RNPRNP（指结合蛋（指结合蛋白质的白质的rRNArRNA），转录主要发生在），转录主要发生在FCFC与与DFCDFC的交界处的交界处③③颗粒组分颗粒组分(granular component，，GC)：由直径：由直径15-15-20nm20nm的颗粒构成，是不同加工阶的颗粒构成，是不同加工阶段的段的RNPRNP。

是核糖体亚单位成熟是核糖体亚单位成熟和储存的位点和储存的位点 9/5/202432专题七核基质的结构与组成2、核仁相随染色质、核仁相随染色质(nucleolar associated chromatin)：：n核仁相随染色质分为两部分：核仁相随染色质分为两部分：n一部分位于核仁周围，称为核仁周染色质，属一部分位于核仁周围，称为核仁周染色质，属异染色质；异染色质；n一部分位于核仁内，为常染色质即一部分位于核仁内，为常染色质即核仁组织区核仁组织区（（NORNOR），具有组织形成核仁的能力，是），具有组织形成核仁的能力，是rDNArDNA所在的位置所在的位置 9/5/202433专题七核基质的结构与组成3、、rRNA基因转录的形态及组织特征基因转录的形态及组织特征 nrRNArRNA基因转录的组织特征，即基因转录的组织特征，即rRNArRNA的信息的信息来源是位于来源是位于NORsNORs的的rDNArDNA基因转录的形态基因转录的形态特征呈特征呈““圣诞树圣诞树””样结构rRNArRNA前体需加前体需加工和修饰工和修饰 9/5/202434专题七核基质的结构与组成4、核糖体亚单位的组装、核糖体亚单位的组装 n核糖体的生物发生核糖体的生物发生(ribosome biogenesis)过程过程包括包括rRNArRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配。

的合成、加工和核糖体亚单位的装配n核仁的功能状态：与蛋白质合成有关，一个合核仁的功能状态：与蛋白质合成有关，一个合成蛋白旺盛的细胞，核仁大而明显成蛋白旺盛的细胞，核仁大而明显9/5/202435专题七核基质的结构与组成（四）核基质（四）核基质（（nuclear matrix） n核基质旧称核液或核骨架核基质旧称核液或核骨架(nuclear skeleton)，，由蛋白纤维组成的网状结构，具有支撑细胞核由蛋白纤维组成的网状结构，具有支撑细胞核和提供染色质附着点的作用染色质和核仁都和提供染色质附着点的作用染色质和核仁都被液态的核基质所包围被液态的核基质所包围n狭义概念仅指核基质，即细胞核内除了核被膜、狭义概念仅指核基质，即细胞核内除了核被膜、核纤层、染色质与核仁以外的网架结构体系核纤层、染色质与核仁以外的网架结构体系n广义概念应包括核基质、核纤层广义概念应包括核基质、核纤层( (或核纤层或核纤层- -核核孔复合体结孔复合体结 构体系构体系) )，以及染色体骨架以及染色体骨架9/5/202436专题七核基质的结构与组成二、核二、核 基基 质质 概概 述述9/5/202437专题七核基质的结构与组成n长期以来，对细胞核的研究主要集中于染色质、长期以来，对细胞核的研究主要集中于染色质、核仁和核膜，尤其是注重对核仁和核膜，尤其是注重对DNADNA、、RNARNA、组蛋白、组蛋白和核酸酶的研究。

和核酸酶的研究n核骨架曾长期被人们所忽视，直到核骨架曾长期被人们所忽视，直到7070年代中期，年代中期，Berezney和和Coffey等等(1974)(1974)才首次将核骨架才首次将核骨架(nuclear matrix)作为细胞核内独立的结构体系作为细胞核内独立的结构体系进行研究，用非离子去垢剂、核酸酶与高盐缓进行研究，用非离子去垢剂、核酸酶与高盐缓冲液对大鼠肝细胞进行处理，当核膜、染色质冲液对大鼠肝细胞进行处理，当核膜、染色质与核仁被抽提后，发现核内仍存留有一个以纤与核仁被抽提后，发现核内仍存留有一个以纤维蛋白成分为主的网架结构维蛋白成分为主的网架结构n19911991年，年，Coffey提出核骨架模型（图提出核骨架模型（图7-87-8） 9/5/202438专题七核基质的结构与组成图图7-8：核基质结构示意图：核基质结构示意图 （自Ward & Coffey 1991） 呈网络状的核基质呈网络状的核基质纤维充满核空间，与核纤维充满核空间，与核纤层和核孔复合体相连，纤层和核孔复合体相连，核仁被网络在核基质纤核仁被网络在核基质纤维的网架中维的网架中 核基质、核纤层和核基质、核纤层和中等纤维形成一个贯穿中等纤维形成一个贯穿于核质间的统一网架结于核质间的统一网架结构体系。

核基质纤维的构体系核基质纤维的直径为直径为3 3～～3030毫微米9/5/202439专题七核基质的结构与组成 核基质的主要成分是核基质的主要成分是纤维蛋白，其中相当部纤维蛋白，其中相当部分是含硫蛋白，并含有分是含硫蛋白，并含有少量核糖核酸（少量核糖核酸（RNARNA），），是以蛋白质为主并含有是以蛋白质为主并含有少量少量RNARNA的复合物的复合物 是否含有少量脱氧核是否含有少量脱氧核糖核酸（糖核酸（DNADNA），尚属争），尚属争论问题9/5/202440专题七核基质的结构与组成n核基质的功能不仅仅依靠核基质本身的蛋核基质的功能不仅仅依靠核基质本身的蛋白质完成，更重要的是要通过多种核基质白质完成，更重要的是要通过多种核基质结合蛋白的共同参与，完成核基质复杂多结合蛋白的共同参与，完成核基质复杂多样的生物学功能样的生物学功能n长期以来人们对此进行了大量的研究并证长期以来人们对此进行了大量的研究并证实一些与实一些与DNADNA、、RNARNA代谢合成密切相关的酶代谢合成密切相关的酶类，细胞信号识别和细胞周期的调控因子类，细胞信号识别和细胞周期的调控因子以及病毒特异的调控蛋白等能够紧密结合以及病毒特异的调控蛋白等能够紧密结合在核骨架结构上。

在核骨架结构上 9/5/202441专题七核基质的结构与组成核基质具有广泛生物学效应核基质具有广泛生物学效应n它可能参与染色体它可能参与染色体DNADNA有序包装和构建；有序包装和构建；n对于有丝分裂间期核内对于有丝分裂间期核内DNADNA有规律的空间构型有规律的空间构型起着维系和支架作用；起着维系和支架作用；n可能是可能是DNADNA复制的基本位点；复制的基本位点；n与基因表达密切有关，可能是细胞核中与基因表达密切有关，可能是细胞核中RNARNA转转录位点和核不均一录位点和核不均一RNARNA（（hnRNAhnRNA）加工场所加工场所n由于核基质与由于核基质与DNADNA复制，复制，RNARNA转录和加工，染转录和加工，染色体组装及病毒复制等生命活动密切相关，色体组装及病毒复制等生命活动密切相关，故日益受到重视故日益受到重视9/5/202442专题七核基质的结构与组成（一）核基质的形态结构（一）核基质的形态结构n近年来，核骨架的研究取得很大进展，成为细近年来，核骨架的研究取得很大进展，成为细胞生物学研究的一个新的生长点胞生物学研究的一个新的生长点n由于细胞核内物质密度较大，且有大量染色质由于细胞核内物质密度较大，且有大量染色质纤维，直接在原位研究核骨架的形态结构及成纤维，直接在原位研究核骨架的形态结构及成分相当困难。

分相当困难n在核骨架研究中，一般首先分离核骨架，然后在核骨架研究中，一般首先分离核骨架，然后研究其结构成分及功能研究其结构成分及功能 9/5/202443专题七核基质的结构与组成n最早是最早是Coffey等用非离子去垢剂、核酸酶与高盐缓冲液等用非离子去垢剂、核酸酶与高盐缓冲液(2 mol/L NaCl) )处理细胞核，分离核骨架处理细胞核，分离核骨架nPenmanPenman等建立的细胞分级抽提方法等建立的细胞分级抽提方法, ,先用非离子去垢剂处先用非离子去垢剂处理细胞，溶解膜结构系统，胞质中可溶性成分随之流失，理细胞，溶解膜结构系统，胞质中可溶性成分随之流失，主要存留细胞骨架体系再用主要存留细胞骨架体系再用Tween 40Tween 40和脱氧胆酸钠处理，和脱氧胆酸钠处理，胞质中的微管、微丝与一些蛋白结构被溶去，胞质中只有胞质中的微管、微丝与一些蛋白结构被溶去，胞质中只有中间纤维网能完好存留然后用核酸酶与中间纤维网能完好存留然后用核酸酶与0.25 mol/L0.25 mol/L硫酸硫酸铵处理，染色质中铵处理，染色质中DNADNA、、RNARNA和组蛋白被抽提，最终核内呈和组蛋白被抽提，最终核内呈现一个精细发达的核骨架网络，结合非树脂包埋现一个精细发达的核骨架网络，结合非树脂包埋- -去包埋去包埋剂电镜制样方法，可清晰地显示核骨架剂电镜制样方法，可清晰地显示核骨架- -核纤层核纤层- -中间纤维中间纤维结构体系结构体系( (图图7-9)7-9)。

n此后，又有更接近于生理条件的核骨架制备方法出现，如此后，又有更接近于生理条件的核骨架制备方法出现，如用用3,5-3,5-二碘水杨酸锂二碘水杨酸锂(LIS)(LIS)处理细胞核来分离核骨架处理细胞核来分离核骨架 9/5/202444专题七核基质的结构与组成图图7-9：核基质电镜图：核基质电镜图 核骨架的形态结构根据不同核骨架的形态结构根据不同报道有所差异，报道有所差异，Berezney与与Coffey(1974)974)等采用高盐溶液等采用高盐溶液2 mol／／L NaCl处理，在核内显示处理，在核内显示一个以纤维蛋白成分为主的核一个以纤维蛋白成分为主的核基质基质(nuclear matrix)；；Penman等采用比较温和的细胞等采用比较温和的细胞分级抽提方法，在核内显示出分级抽提方法，在核内显示出精细发达的核骨架纤维网络，精细发达的核骨架纤维网络，核骨架纤维直径为核骨架纤维直径为3-30 nm3-30 nm，估，估计单丝直径约计单丝直径约3-4 nm3-4 nm，粗纤维，粗纤维可能是单纤维的复合体；可能是单纤维的复合体；9/5/202445专题七核基质的结构与组成o也有报道认为核也有报道认为核骨架核心纤维骨架核心纤维(core filament)的的直径为直径为9nm9nm。

核仁核仁与染色质网络位于与染色质网络位于核骨架纤维网络中，核骨架纤维网络中，核内骨架与核纤层核内骨架与核纤层有丰富的纤维联络，有丰富的纤维联络，构成统一的核骨架构成统一的核骨架网络9/5/202446专题七核基质的结构与组成(二二)核基质的成分核基质的成分 n核基质的组成较为复杂，主要组分有三类：核基质的组成较为复杂，主要组分有三类：n①①非组蛋白性纤维蛋白，分子量非组蛋白性纤维蛋白，分子量40-60KD40-60KD，占，占96%96%以上，其中相当一部分是含硫蛋白，其二硫键具以上，其中相当一部分是含硫蛋白，其二硫键具有维持核骨架结构完整性的作用；除纤维蛋白外，有维持核骨架结构完整性的作用；除纤维蛋白外，还有还有1010多种次要蛋白质，包括肌动蛋白和波形蛋多种次要蛋白质，包括肌动蛋白和波形蛋白，后者构成核骨架的外罩；核骨架碎片中还存白，后者构成核骨架的外罩；核骨架碎片中还存在三种支架蛋白在三种支架蛋白（（scaffold proteins，，SCⅠ、、SCⅡ、、SCⅢ)，，SCⅡ、、III的功能尚不明确，的功能尚不明确，SCⅠSCⅠ是是DNADNA拓朴异构酶拓朴异构酶ⅡⅡ9/5/202447专题七核基质的结构与组成n②②少量少量RNARNA和和DNADNA，，RNARNA对维持核骨架的三维结对维持核骨架的三维结构是必需的，而构是必需的，而DNADNA称为基质或支架附着区称为基质或支架附着区（（matrix/scaffold associated region, MAR或SAR），通常为富含通常为富含ATAT的区域。

的区域n③③少量磷脂（少量磷脂（1.6%1.6%）和糖类（）和糖类（0.9%0.9%） 9/5/202448专题七核基质的结构与组成n核骨架纤维粗细不等，直径为核骨架纤维粗细不等，直径为3-30 nm3-30 nm，形成，形成三维网络结构与核纤层，与核孔复合体相接，三维网络结构与核纤层，与核孔复合体相接，将染色质和核仁网络在其中将染色质和核仁网络在其中n核骨架核骨架- -核纤层核纤层- -中间纤维三者相互联系形成一中间纤维三者相互联系形成一个贯穿于核、质间的统一网络系统这一系统个贯穿于核、质间的统一网络系统这一系统较微管、微丝具有更高的稳定性较微管、微丝具有更高的稳定性 9/5/202449专题七核基质的结构与组成n核骨架不象胞质骨架，诸如：微丝、微管和中核骨架不象胞质骨架，诸如：微丝、微管和中间纤维那样，由非常专一的蛋白成分组成，不间纤维那样，由非常专一的蛋白成分组成，不同类型细胞核骨架成分可能有较大差别同类型细胞核骨架成分可能有较大差别n目前已测定的核骨架蛋白有数十种，这些蛋白目前已测定的核骨架蛋白有数十种，这些蛋白可以分为两类：一类是各种类型的细胞共有的；可以分为两类：一类是各种类型的细胞共有的；另一类则与细胞类型及分化程度相关。

另一类则与细胞类型及分化程度相关 9/5/202450专题七核基质的结构与组成n目前关于核骨架蛋白的确切组分尚未取得共识，目前关于核骨架蛋白的确切组分尚未取得共识，这也是核骨架研究中争议较多之处这也是核骨架研究中争议较多之处n分离鉴定功能性的核骨架蛋白是目前核骨架研究分离鉴定功能性的核骨架蛋白是目前核骨架研究一个重要领域，比较确定的成分有：一个重要领域，比较确定的成分有：n(1)DNA(1)DNA拓扑异构酶拓扑异构酶ⅡⅡ：是间期细胞核骨架和分裂：是间期细胞核骨架和分裂期染色体骨架的重要成分之一；期染色体骨架的重要成分之一；n(2)(2)核基质蛋白核基质蛋白（（nuclear matrin））：有：有matrin D，，E，，F，，G和和4 4等，定位于核基质，且呈现纤维颗等，定位于核基质，且呈现纤维颗粒样分布，很可能是核基质上粒样分布，很可能是核基质上DNA-loop的结合蛋的结合蛋白；白； 9/5/202451专题七核基质的结构与组成n(3)Nuc2+(3)Nuc2+蛋白：蛋白：Nuc2+Nuc2+蛋白是蛋白是S S．．pombe(pombe(一种酿酒用的一种酿酒用的酵母酵母) )的的Nuc2+Nuc2+基因编码的蛋白，分子量为基因编码的蛋白，分子量为76kD76kD。

Nuc2+Nuc2+基因在有丝分裂染色体分离过程中起重要作用，基因在有丝分裂染色体分离过程中起重要作用，Nuc2+Nuc2+蛋白存在于核基质以及染色体骨架蛋白存在于核基质以及染色体骨架(chromosome scaffold)组分当中，而且与富含组分当中，而且与富含ATAT的的DNADNA序列有特异的序列有特异的亲和性；亲和性；n(4)(4)附着区结合蛋白附着区结合蛋白(attachment region binding protein，ARBP)能够特异地与能够特异地与MARMAR序列结合，而且在各种组序列结合，而且在各种组织中广泛存在，不具有组织特异性；织中广泛存在，不具有组织特异性；n(5)(5)核内肌动蛋白核内肌动蛋白(actin)，肌动蛋白不仅存在于核基，肌动蛋白不仅存在于核基质组分中，而且很可能在质组分中，而且很可能在mRNAmRNA的合成过程中起重要的的合成过程中起重要的作用 9/5/202452专题七核基质的结构与组成n有丝分裂器蛋白有丝分裂器蛋白(nuclear mitotic apparatus protein，，NuMA)是形成和维持有丝分裂纺锤是形成和维持有丝分裂纺锤体极所必需的成分，属核基质的基础蛋白。

体极所必需的成分，属核基质的基础蛋白n分裂末期，分裂末期，NuMANuMA从纺锤体极中释放出并转移至从纺锤体极中释放出并转移至新形成的子核中在细胞间期，新形成的子核中在细胞间期，NuMANuMA的作用如的作用如何目前知之甚少何目前知之甚少n正常时，正常时，NuMANuMA在核内弥散分布细胞凋亡时，在核内弥散分布细胞凋亡时，其分布方式则发生明显的改变，首先变得浓缩、其分布方式则发生明显的改变，首先变得浓缩、集中在核的中央区，最终围绕在凋亡小体及核集中在核的中央区，最终围绕在凋亡小体及核碎片的周围，说明碎片的周围，说明NuMANuMA是细胞凋亡的靶蛋白之是细胞凋亡的靶蛋白之9/5/202453专题七核基质的结构与组成n肌动蛋白肌动蛋白(actin)是首先在细胞质中发现的一是首先在细胞质中发现的一种收缩蛋白，近年的研究表明，肌动蛋白也存种收缩蛋白，近年的研究表明，肌动蛋白也存在于细胞核，是一种核基质蛋白肌动蛋白有在于细胞核，是一种核基质蛋白肌动蛋白有二种存在方式，即二种存在方式，即G-G-肌动蛋白肌动蛋白(globular actin)和和F-F-肌动蛋白肌动蛋白(filamentous actin)，，肌动蛋白肌动蛋白以以F-F-肌动蛋白方式完成其生理功能。

肌动蛋白方式完成其生理功能n在生理状态，肌动蛋白维持细胞核的完整性，在生理状态，肌动蛋白维持细胞核的完整性，参与从染色质重组到剪切的多种功能参与从染色质重组到剪切的多种功能p53p53在在修复修复DNADNA损伤时，与肌动蛋白的动态结合增加损伤时，与肌动蛋白的动态结合增加细胞凋亡时，肌动蛋白重排，其收缩参与细胞细胞凋亡时，肌动蛋白重排，其收缩参与细胞核的碎裂和凋亡小体的形成核的碎裂和凋亡小体的形成 9/5/202454专题七核基质的结构与组成nDNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶II II ( Topoisomerase II，Topo II)是是生物体内广泛存在的一类核蛋白，通过调节核酸生物体内广泛存在的一类核蛋白，通过调节核酸结构动态变化，在结构动态变化，在DNADNA复制、修复、转录、重组以复制、修复、转录、重组以及染色体分离等生命活动中发挥重要作用此外，及染色体分离等生命活动中发挥重要作用此外，Topo IITopo II与肿瘤发生、发展以及治疗和预后等方面与肿瘤发生、发展以及治疗和预后等方面有密切联系有密切联系n作为重要的核基质蛋白和染色体结构蛋白，作为重要的核基质蛋白和染色体结构蛋白，Topo Topo IIII能够作用于能够作用于DNADNA的核基质结合区的核基质结合区(Matrix association regions, MARs)，参与，参与DNADNA与细胞核基质与细胞核基质和染色体骨架的连接。

和染色体骨架的连接 9/5/202455专题七核基质的结构与组成nMARsMARs的功能十分重要，它不但是许多基因复制的功能十分重要，它不但是许多基因复制的起点，而且许多转录因子，以及基因表达也的起点，而且许多转录因子，以及基因表达也与其有密切联系与其有密切联系nMARsMARs的另一个特点是，其的另一个特点是，其DNADNA上富含上富含A-TA-T序列相对于相对于G-CG-C序列，序列，A-TA-T序列的表现为熔点低，物序列的表现为熔点低，物理性质不稳定，更容易受内在和外在因素影响理性质不稳定，更容易受内在和外在因素影响等特点n研究表明研究表明:MARS:MARS是是DNaseDNase超敏感区和易解离点，超敏感区和易解离点，细胞凋亡早期，细胞凋亡早期，TopoIIaTopoIIa蛋白水解，可导致蛋白水解，可导致MARsMARs区从细胞核骨架脱落，区从细胞核骨架脱落，DNADNA断裂成断裂成50-300 50-300 kbkb大分子片段因此，大分子片段因此，Topo IIaTopo IIa与细胞凋亡的与细胞凋亡的关系甚为密切关系甚为密切 9/5/202456专题七核基质的结构与组成(三三)核基质结合蛋白核基质结合蛋白 n核基质的功能不仅仅依靠核基质本身的蛋白质完核基质的功能不仅仅依靠核基质本身的蛋白质完成，更重要的是要通过多种核基质结合蛋白的共成，更重要的是要通过多种核基质结合蛋白的共同参与，完成核基质复杂多样的生物学功能。

同参与，完成核基质复杂多样的生物学功能n长期以来人们对此进行了大量的研究并证实一些长期以来人们对此进行了大量的研究并证实一些与与DNADNA、、RNARNA代谢合成密切相关的酶类，细胞信号代谢合成密切相关的酶类，细胞信号识别和细胞周期的调控因子以及病毒特异的调控识别和细胞周期的调控因子以及病毒特异的调控蛋白等能够紧密结合在核骨架结构上蛋白等能够紧密结合在核骨架结构上n近年来已证实的核基质结合蛋白见表近年来已证实的核基质结合蛋白见表7-17-19/5/202457专题七核基质的结构与组成表表7-1：核基质结合蛋白：核基质结合蛋白9/5/202458专题七核基质的结构与组成(四四)核基质的功能核基质的功能n核基质具有细胞核骨架的功能：核基质具有细胞核骨架的功能：n①①为为DNADNA的复制提供支架，的复制提供支架，DNADNA是以复制环的形是以复制环的形式锚定在核骨架上的，核骨架上有式锚定在核骨架上的，核骨架上有DNADNA复制所复制所需要的酶，如：需要的酶，如：DNADNA聚合酶聚合酶αα、、DNADNA引物酶、引物酶、DNADNA拓朴异构酶拓朴异构酶IIII等9/5/202459专题七核基质的结构与组成n②DNA②DNA的自主复制序列（的自主复制序列（ARSARS）也是结合在核骨）也是结合在核骨架上，是基因转录加工的场所，架上，是基因转录加工的场所，RNARNA的转录同的转录同样需要样需要DNADNA锚定在核骨架上才能进行，核骨架锚定在核骨架上才能进行，核骨架上有上有RNARNA聚合酶的结合位点，使之固定于核骨聚合酶的结合位点，使之固定于核骨架上，架上，RNARNA的合成是在核骨架上进行的。

的合成是在核骨架上进行的n新合成的新合成的RNARNA也结合在核骨架上，并在这里进也结合在核骨架上，并在这里进行加工和修饰行加工和修饰9/5/202460专题七核基质的结构与组成n③③与染色体构建有关，现在一般认为核骨架与染与染色体构建有关，现在一般认为核骨架与染色体骨架为同一类物质，色体骨架为同一类物质，30nm30nm的染色质纤维就是的染色质纤维就是结合在核骨架上，形成放射环状的结构，在分裂结合在核骨架上，形成放射环状的结构，在分裂期进一步包装成光学显微镜下可见的染色体（图期进一步包装成光学显微镜下可见的染色体（图7-107-10）） 9/5/202461专题七核基质的结构与组成n早在早在7070年代，人们即已能在分子水平上对年代，人们即已能在分子水平上对DNADNA进行操作，但对如此长的进行操作，但对如此长的DNADNA分子在细胞核这分子在细胞核这样小的空间内如何折叠组装知之甚少样小的空间内如何折叠组装知之甚少n核骨架的研究使人们对细胞核的结构组装有了核骨架的研究使人们对细胞核的结构组装有了新的认识一般认为，核骨架为细胞核内组分新的认识一般认为，核骨架为细胞核内组分提供了一个结构支架，细胞核内许多重要的生提供了一个结构支架，细胞核内许多重要的生命活动与核骨架有关。

命活动与核骨架有关 9/5/202462专题七核基质的结构与组成1、核骨架与、核骨架与DNA复制复制 nJacob等等(1963)(1963)就曾设想真核细胞中就曾设想真核细胞中DNADNA复制可能复制可能需要一个结构支架需要一个结构支架(structure framework) )，原核，原核细胞的细胞的DNADNA复制是结合在细胞膜上进行的复制是结合在细胞膜上进行的n在真核细胞中是否存在类似的支撑结构？在真核细胞中是否存在类似的支撑结构？DNADNA的复的复制是否结合在核膜上进行？研究表明真核细胞中制是否结合在核膜上进行？研究表明真核细胞中DNADNA复制与核膜没有直接的关系，更无专一的结合复制与核膜没有直接的关系，更无专一的结合位点n7070年代中期，染色质结构的研究取得了突破性进年代中期，染色质结构的研究取得了突破性进展，核小体作为染色体基本结构单位的发现具有展，核小体作为染色体基本结构单位的发现具有十分重要的意义，但并没有回答真核细胞中十分重要的意义，但并没有回答真核细胞中DNADNA复复制和基因表达的空间支架是什么的问题制和基因表达的空间支架是什么的问题 9/5/202463专题七核基质的结构与组成n核基质可以作为核基质可以作为DNADNA复制的空间支架，拓扑异构复制的空间支架，拓扑异构酶酶ⅡⅡ使使DNADNA的两条链同时断裂和再连接，当它引的两条链同时断裂和再连接，当它引入超螺旋时需要由入超螺旋时需要由ATPATP供给能量。

分布在染色质供给能量分布在染色质骨架蛋白和核基质部分与复制有关骨架蛋白和核基质部分与复制有关n以往研究体外以往研究体外DNADNA复制时，大多将细胞中不溶性复制时，大多将细胞中不溶性物质去除，在可溶性上清中研究物质去除，在可溶性上清中研究DNADNA复制，似乎复制，似乎DNADNA复制是在可溶性反应系统中完成的复制是在可溶性反应系统中完成的9/5/202464专题七核基质的结构与组成n最初的最初的DNADNA复制模式认为，可溶性的复制模式认为，可溶性的DNADNA多聚酶多聚酶结合于结合于DNADNA复制起始点复制起始点(origin)(origin)后沿模板移动合后沿模板移动合成新成新DNADNA实际上，高度纯化的实际上，高度纯化的DNADNA在进行体外在进行体外复制时，效率极低，复制错误多复制时，效率极低，复制错误多n而在粗提物中，如非洲爪蟾卵提取物无细胞系而在粗提物中，如非洲爪蟾卵提取物无细胞系统统(Xenopus egg extracts cell free system)中中( (含骨含骨架组分架组分) )，，DNADNA复制效率很高说明复制效率很高说明DNADNA的复制的的复制的确需要一个结构支架（图确需要一个结构支架（图7-117-11）。

9/5/202465专题七核基质的结构与组成图图7-11：染色体构建的支架结构模型：染色体构建的支架结构模型 单链结合蛋白单链结合蛋白解链酶解链酶DNA拓扑异构酶拓扑异构酶DNA聚合酶聚合酶核基质（核骨架）核基质（核骨架）9/5/202466专题七核基质的结构与组成n如果如果DNADNA多聚酶沿模板移动合成新多聚酶沿模板移动合成新DNADNA，则可以，则可以设想设想DNADNA复制点复制点(replication site)是随机分布是随机分布于细胞核内的，实验表明于细胞核内的，实验表明DNADNA合成部位在细胞合成部位在细胞核内不是随机分布的，而是相对集中于某些部核内不是随机分布的，而是相对集中于某些部位n如精子核中有如精子核中有100100～～300300个复制灶个复制灶(replication foci)，每个复制灶中至少有，每个复制灶中至少有300300～～10001000个复制个复制叉叉(replication fork)，很难想象非锚定的，很难想象非锚定的DNADNA多多聚酶能在时间和空间上如此集中协调一致，说聚酶能在时间和空间上如此集中协调一致，说明明DNADNA多聚酶是通过结合于某结构支架上来实多聚酶是通过结合于某结构支架上来实现的。

现的9/5/202467专题七核基质的结构与组成nBerezney和和Coffey以小鼠再生肝细胞为材料，以小鼠再生肝细胞为材料，显示新合成的显示新合成的DNADNA结合在核内蛋白基质网上结合在核内蛋白基质网上n3 3H-TdRH-TdR标记标记3030分钟的分钟的3T33T3细胞中，与核骨架结细胞中，与核骨架结合的合的DNADNA中中9090％是新合成的％是新合成的DNADNA，并证明这种结，并证明这种结合并非提取过程中产生的非专一性结合；合并非提取过程中产生的非专一性结合；n电镜放射自显影进一步表明电镜放射自显影进一步表明DNADNA复制位点结合复制位点结合在核骨架上在核骨架上9/5/202468专题七核基质的结构与组成n研究发现研究发现DNADNA放射环普遍存在于间期细胞核和分放射环普遍存在于间期细胞核和分裂期染色体中，放射环的根部结合在骨架纤维裂期染色体中，放射环的根部结合在骨架纤维上，上，DNADNA以放射环的形式与以放射环的形式与DNADNA复制的酶及因子复制的酶及因子锚定于核骨架上形成锚定于核骨架上形成DNADNA复制复合体复制复合体(DNA replication complex)进行进行DNADNA复制合成。

核骨架可能是复制合成核骨架可能是DNADNA复复制的空间支架制的空间支架nBerezney和和Buchholtz(1981)1981)推测大鼠肝细胞核内推测大鼠肝细胞核内有有125,000125,000个个DNADNA复制环锚定在核骨架上，每个复制环锚定在核骨架上，每个环的长度为环的长度为80kb80kb，，DNADNA复制子亚单位的复制具有复制子亚单位的复制具有固定的空间组织序列固定的空间组织序列9/5/202469专题七核基质的结构与组成n有令人信服的证据表明，真核细胞中的有令人信服的证据表明，真核细胞中的DNADNA多聚多聚酶结合于核骨架上，酶结合于核骨架上，DNADNA聚合酶在核骨架上可能聚合酶在核骨架上可能具有特定的结合位点，具有特定的结合位点，DNADNA聚合酶通过结合于核聚合酶通过结合于核骨架上而被激活；骨架上而被激活；nDNADNA复制时，复制时，DNADNA就象是从一个固定的复制复合就象是从一个固定的复制复合体中释放出来的体中释放出来的 9/5/202470专题七核基质的结构与组成2、核骨架与基因表达、核骨架与基因表达 n核骨架与基因表达的关系大致可分为两类：核骨架与基因表达的关系大致可分为两类： 一、是核骨架与基因转录活性的关系；一、是核骨架与基因转录活性的关系； 二、是核骨架与二、是核骨架与RNARNA加工修饰的关系。

加工修饰的关系n大量研究工作表明真核细胞中大量研究工作表明真核细胞中RNARNA的转录和加的转录和加工均与核骨架有关工均与核骨架有关9/5/202471专题七核基质的结构与组成nJackson等用等用3 3H-UdRH-UdR脉冲标记脉冲标记HeLaHeLa细胞，发现细胞，发现9595％％以上的新合成的以上的新合成的RNARNA结合于核骨架，说明结合于核骨架，说明RNARNA是在是在核骨架上进行合成的核骨架上进行合成的nVolgestin等等(1983)(1983)利用雌激素促进鸡输卵管细胞利用雌激素促进鸡输卵管细胞卵清蛋白基因转录活性增高这一实验模型，发现卵清蛋白基因转录活性增高这一实验模型，发现只有活跃转录的卵清蛋白基因才能结合于核骨架只有活跃转录的卵清蛋白基因才能结合于核骨架上，而不转录的上，而不转录的β-β-珠蛋白基因不结合珠蛋白基因不结合nHentzen等等(1984)(1984)则显示成红细胞中正在转录的则显示成红细胞中正在转录的β-β-珠蛋白基因结合珠蛋白基因结合于核骨架上于核骨架上9/5/202472专题七核基质的结构与组成图图7-12：：DNA复制模型复制模型o上述研究表明在鸟上述研究表明在鸟类和哺乳动物细胞中，类和哺乳动物细胞中，具有转录活性的基因具有转录活性的基因是结合在核骨架上的；是结合在核骨架上的；（图（图7-127-12））oRNARNA聚合酶在核骨架聚合酶在核骨架上具有结合位点；上具有结合位点；oRNARNA的合成是在核骨的合成是在核骨架上进行；架上进行；o基因只有结合在核基因只有结合在核骨架上才能进行转录骨架上才能进行转录。

9/5/202473专题七核基质的结构与组成n近年来发现在近年来发现在DNADNA序列中存在核骨架结合序列序列中存在核骨架结合序列(matrix associated region，MAR)，，MAR一般一般位于位于DNADNA放射环或活性转录基因的两端，富含放射环或活性转录基因的两端，富含ATAT序列n在在MARMAR存在存在DNADNA拓扑酶拓扑酶ⅡⅡ作用位点，而作用位点，而DNADNA拓扑拓扑酶酶ⅡⅡ就是核骨架的组分，位于放射环根部就是核骨架的组分，位于放射环根部DNADNA可能通过可能通过MARMAR与与DNADNA拓扑酶拓扑酶ⅡⅡ的结合锚定于的结合锚定于核骨架上核骨架上n在溶菌酶基因两端接上在溶菌酶基因两端接上MARMAR，可增加基因表达，可增加基因表达水平水平1010倍以上，说明倍以上，说明MARMAR在基因表达调控中有在基因表达调控中有作用9/5/202474专题七核基质的结构与组成3、核骨架与病毒复制、核骨架与病毒复制 n病毒是最简单的生命体，其生命活动必须依赖宿主细病毒是最简单的生命体，其生命活动必须依赖宿主细胞现已积累的资料表明胞质病毒的代谢与细胞质骨胞现已积累的资料表明胞质病毒的代谢与细胞质骨架有关。

架有关n近年来发现核内病毒的发生与核骨架有密切关系，首近年来发现核内病毒的发生与核骨架有密切关系，首先是发现单纯疱疹病毒的核衣壳在核骨架上装配也先是发现单纯疱疹病毒的核衣壳在核骨架上装配也有报道显示腺病毒的有报道显示腺病毒的DNADNA，，mRNAmRNA及蛋白有结合于核骨及蛋白有结合于核骨架的现象翟中和等架的现象翟中和等(1987)(1987)进一步证实了腺病毒进一步证实了腺病毒(adenovirus) )的复制和装配与核骨架关系密切作为的复制和装配与核骨架关系密切作为外源基因的病毒外源基因的病毒DNADNA，其基因表达过程与高等真核细，其基因表达过程与高等真核细胞自身基因表达有相似的规律，其胞自身基因表达有相似的规律，其DNADNA复制、复制、RNARNA转录转录及加工均必须依赖核骨架及加工均必须依赖核骨架 9/5/202475专题七核基质的结构与组成4、核骨架与染色体构建、核骨架与染色体构建 n在核骨架与在核骨架与DNADNA复制的关系的研究中，发现复制的关系的研究中，发现DNADNA以复制环的形式锚定在核骨架上，而细胞核内以复制环的形式锚定在核骨架上，而细胞核内如此多的如此多的DNADNA复制环与核骨架纤维网如何构建复制环与核骨架纤维网如何构建成染色质？成染色质？n核骨架如何参与染色体构建，目前基本上仍是核骨架如何参与染色体构建，目前基本上仍是不清楚的，而这是细胞生物学研究中必然要提不清楚的，而这是细胞生物学研究中必然要提出的问题。

出的问题n大量研究工作说明大量研究工作说明DNADNA复制环复制环是真核细胞是真核细胞DNADNA高高级结构的基本单位级结构的基本单位 9/5/202476专题七核基质的结构与组成nPienta和和Coffey(1984)(1984)在此基础上提在此基础上提出出DNADNA复制环与核骨架共同构建染复制环与核骨架共同构建染色体的模型色体的模型n①①2nm2nm的双螺旋的双螺旋DNADNA与组蛋白与组蛋白8 8聚体聚体组装为核小体，其直径为组装为核小体，其直径为10nm10nm，，②②以以6 6个核小体为单位盘绕为直径为个核小体为单位盘绕为直径为30 nm30 nm的螺线管的螺线管(solenoid)，形成，形成DNADNA复制环结合于核骨架上，复制环结合于核骨架上，③③每每1818个复制环呈放射平面排列形成微个复制环呈放射平面排列形成微带带(miniband)微带是染色体结构的微带是染色体结构的高级单位，高级单位，④④大约大约10106 6个微带沿纵个微带沿纵轴构建成子染色体轴构建成子染色体9/5/202477专题七核基质的结构与组成n这一模型将核骨架与染色体骨架基本等同起来，这一模型将核骨架与染色体骨架基本等同起来，与染色体骨架与染色体骨架/ /放射环模型有许多类似之处，放射环模型有许多类似之处，但许多细节是不清楚的，尤其是核骨架与染色但许多细节是不清楚的，尤其是核骨架与染色体骨架的关系及其在细胞周期中的变化还很不体骨架的关系及其在细胞周期中的变化还很不清楚。

清楚n综上所述，在细胞核这样小小的空间内，容纳综上所述，在细胞核这样小小的空间内，容纳如此多的遗传信息，要有序地进行表达，必须如此多的遗传信息，要有序地进行表达，必须在空间上进行有序的调节在空间上进行有序的调节9/5/202478专题七核基质的结构与组成n在一定时间内，细胞核内只有极少数基因在活在一定时间内，细胞核内只有极少数基因在活跃表达，其它基因处于关闭状态，基因的关闭跃表达，其它基因处于关闭状态，基因的关闭与开放从实验结果看，与其是否在核骨架锚定与开放从实验结果看，与其是否在核骨架锚定有关，从逻辑推理，有关，从逻辑推理，基因组基因组在核骨架上锚定后在核骨架上锚定后可以为可以为DNADNA解螺旋提供更好的支撑，从而得到解螺旋提供更好的支撑，从而得到更合适的空间，使更合适的空间，使DNADNA与聚合酶有更多的接触与聚合酶有更多的接触面，为面，为DNADNA的转录提供合理的空间与有利的条的转录提供合理的空间与有利的条件9/5/202479专题七核基质的结构与组成5、核基质与细胞凋亡、核基质与细胞凋亡n细胞凋亡是当细胞受到内外信号刺激时发生的一种由细胞凋亡是当细胞受到内外信号刺激时发生的一种由细胞内部基因控制的、主动性的死亡行为。

凋亡的细细胞内部基因控制的、主动性的死亡行为凋亡的细胞具有独特的形态学特征胞具有独特的形态学特征, ,如染色质凝集、趋边化、如染色质凝集、趋边化、凋亡小体的产生等凋亡小体的产生等n凋亡细胞的形态学变化凋亡细胞的形态学变化, ,因其具有明显的特征而被广因其具有明显的特征而被广泛认为是细胞发生凋亡的最重要特征泛认为是细胞发生凋亡的最重要特征n细胞核在凋亡过程的形态学变化过程中扮演了重要的细胞核在凋亡过程的形态学变化过程中扮演了重要的角色整装电镜技术研究的实验结果表明角色整装电镜技术研究的实验结果表明, ,在凋亡小在凋亡小体产生、外排过程中与细胞核之间由核基质连接，核体产生、外排过程中与细胞核之间由核基质连接，核基质是凋亡小体的结构基础特异的形态学改变是细胞基质是凋亡小体的结构基础特异的形态学改变是细胞凋亡的重要特征之一凋亡的重要特征之一, ,其中包括染色质凝集、边缘化其中包括染色质凝集、边缘化及凋亡小体的产生等及凋亡小体的产生等9/5/202480专题七核基质的结构与组成nNeamati N N等人证明等人证明lamin的降解发生在形态学的降解发生在形态学变化之前变化之前, ,是形态学变化的基础。

非细胞体系是形态学变化的基础非细胞体系作为研究凋亡机理的重要实验手段作为研究凋亡机理的重要实验手段, ,细胞核在细胞核在发生凋亡过程中的一系列形态学变化就显得尤发生凋亡过程中的一系列形态学变化就显得尤为重要n同时同时, ,利用利用非细胞体系非细胞体系可以更加直观地观察细可以更加直观地观察细胞核在凋亡过程中的形态结构变化胞核在凋亡过程中的形态结构变化, ,避免从凋避免从凋亡细胞内提纯细胞核过程中所造成的人为假象亡细胞内提纯细胞核过程中所造成的人为假象 9/5/202481专题七核基质的结构与组成n自从自从Penman实验室建立了选择性抽提的方法实验室建立了选择性抽提的方法, ,核基质结构体系的研究进展得很快但这一结核基质结构体系的研究进展得很快但这一结构体系在凋亡中的变化过程还很不清楚构体系在凋亡中的变化过程还很不清楚n细胞核的形态变化过程是细胞发生凋亡的一个细胞核的形态变化过程是细胞发生凋亡的一个重要的证据重要的证据, ,而这一系列形态学的改变均与细而这一系列形态学的改变均与细胞核内胞核内lamin的降解有关的降解有关, ,lamin蛋白的降解是凋蛋白的降解是凋亡过程中细胞核发生一系列典型形态学变化的亡过程中细胞核发生一系列典型形态学变化的基础。

基础9/5/202482专题七核基质的结构与组成n正常细胞中正常细胞中, ,Lamin与非组蛋白一起在细胞核核与非组蛋白一起在细胞核核内形成核基质的纤维网络结构内形成核基质的纤维网络结构, ,支撑核的正常支撑核的正常形态并具有重要功能但核基质的破坏与凋亡形态并具有重要功能但核基质的破坏与凋亡的典型形态学特征的典型形态学特征————凋亡小体的形成之间的凋亡小体的形成之间的关系尚未完全清楚关系尚未完全清楚 n凋亡的细胞核在电镜下呈现典型的染色质凝集凋亡的细胞核在电镜下呈现典型的染色质凝集及边缘化扫描电镜观察的结果显示及边缘化扫描电镜观察的结果显示, ,凋亡的凋亡的细胞核表面有凋亡小体样的结构由核内排出细胞核表面有凋亡小体样的结构由核内排出但在此时核基质的变化过程但在此时核基质的变化过程, ,透射电镜及扫描透射电镜及扫描电镜均不能观察到电镜均不能观察到 9/5/202483专题七核基质的结构与组成（五）核基质附着区（五）核基质附着区(MARs) n核基质附着区核基质附着区(MARs)(MARs)是真核生物染色质中与核是真核生物染色质中与核基质或核骨架特异结合的一段基质或核骨架特异结合的一段DNADNA序列。

序列n在真核生物的细胞核内，基因组通过在真核生物的细胞核内，基因组通过MARsMARs与核与核骨架结合，锚定在核骨架网状结构上骨架结合，锚定在核骨架网状结构上9/5/202484专题七核基质的结构与组成nMARsMARs参与参与DNADNA复制调控和转录调控等多种细胞核生复制调控和转录调控等多种细胞核生化过程，同时化过程，同时MARsMARs能使染色质形成独立的环状结能使染色质形成独立的环状结构，避免位置效应引起的基因沉默构，避免位置效应引起的基因沉默n通过构建合适的表达载体，在目的基因的一侧或通过构建合适的表达载体，在目的基因的一侧或两侧连接两侧连接MARsMARs后导入动植物，目的基因的表达可后导入动植物，目的基因的表达可增强几倍至几十倍，转基因个体间表达水平差异增强几倍至几十倍，转基因个体间表达水平差异下降n研究认为它对转基因表达有很强的增强作用，或研究认为它对转基因表达有很强的增强作用，或者可以降低不同转基因个体间表达水平的差异，者可以降低不同转基因个体间表达水平的差异，抑制转基因沉默抑制转基因沉默9/5/202485专题七核基质的结构与组成1、、 MARs 的结构特征的结构特征 nMARsMARs的长度一般为的长度一般为300300～～1,000 bp1,000 bp，也有的达几个，也有的达几个kbkb，维持其活性的最小长度约是，维持其活性的最小长度约是300 bp300 bp。

MARsMARs是是非编码序列，非编码序列，ATAT含量高含量高(≥70%)(≥70%)n不同的不同的MARsMARs序列不同，但往往含有相似的结构基序列不同，但往往含有相似的结构基元，典型的元，典型的MARMAR一般富含一般富含AT,AT,主要由主要由A-box、T-box、ATATTT(T)序列以及与果蝇拓扑异构酶序列以及与果蝇拓扑异构酶IIII位点位点(GTNA(T)AC(T)ATTNATNNA(G))相近的同义顺序等相近的同义顺序等特征序列组成特征序列组成, ,其二级结构表现为狭窄的其二级结构表现为狭窄的DNADNA小沟小沟, ,易于弯曲和解链易于弯曲和解链9/5/202486专题七核基质的结构与组成nMARsMARs识别序列、弯曲识别序列、弯曲DNADNA序列、拓扑异构酶序列、拓扑异构酶ⅡⅡ的的识别位点等由于识别位点等由于ATAT之间的氢键力较弱，双链之间的氢键力较弱，双链间的配对不稳定，使双链松开在间的配对不稳定，使双链松开在MARsMARs内形成内形成碱碱基非配对区域基非配对区域(base unpairing regions，BURs) nMARsMARs序列中含有一些弯曲序列中含有一些弯曲DNADNA，每个，每个MARsMARs中所含中所含的弯曲的弯曲DNADNA数目及构象不同，即使是同一物种的数目及构象不同，即使是同一物种的MARsMARs，其弯曲性也不一样，这也许能解释为什，其弯曲性也不一样，这也许能解释为什么不同的么不同的MARsMARs对核基质的亲和性不同。

对核基质的亲和性不同 9/5/202487专题七核基质的结构与组成2、、MARs与核基质的结合特征与核基质的结合特征nMARsMARs能与核基质在体外特异结合，这种结合实能与核基质在体外特异结合，这种结合实际上是际上是DNADNA序列与核基质特异蛋白之间的相互序列与核基质特异蛋白之间的相互作用，目前已经纯化和鉴定的作用，目前已经纯化和鉴定的MARsMARs结合蛋白共结合蛋白共1010余种n来源于动物的来源于动物的MARsMARs可以和植物核基质结合，反可以和植物核基质结合，反之亦然n不同来源的不同来源的MARsMARs之间不能交叉杂交，但可与不之间不能交叉杂交，但可与不同来源的核基质不同程度结合，说明其序列同同来源的核基质不同程度结合，说明其序列同源性虽差，功能在进化上却是保守的源性虽差，功能在进化上却是保守的 9/5/202488专题七核基质的结构与组成n多数多数MARsMARs富含富含ATAT，但这不是特异结合蛋白识别，但这不是特异结合蛋白识别MARsMARs的的一个必要前提一个必要前提MARsMARs与核基质结合的能力由其与核基质结合的能力由其DNADNA序序列的特定结构如列的特定结构如BURsBURs、、DNADNA弯曲来决定，因此不同的弯曲来决定，因此不同的MARsMARs对同一核基质的亲和性也不同。

对同一核基质的亲和性也不同n每个核基质与每个核基质与MARsMARs的结合位点数目在的结合位点数目在4×104×105 5～～9×109×105 5，并和结合强度呈正相关并和结合强度呈正相关A2-boxA2-box、、T2-boxT2-box、、BURsBURs等等MARsMARs识别序列在不同程度上和结合强度相关，新鉴定识别序列在不同程度上和结合强度相关，新鉴定的基元的基元“90 % A2T box”“90 % A2T box”与结合强度间的相关性更显与结合强度间的相关性更显著nMARsMARs和核基质的体外亲和性与提高转基因表达的效应和核基质的体外亲和性与提高转基因表达的效应之间没有关系，即在体外较高的亲和性并不意味着在之间没有关系，即在体外较高的亲和性并不意味着在体内具有较高的增强转基因表达的效应体内具有较高的增强转基因表达的效应 9/5/202489专题七核基质的结构与组成已经纯化和鉴定的已经纯化和鉴定的MARsMARs结合蛋白共结合蛋白共1010余种余种( (表表7-3)7-3)n包括核基质的重要组分包括核基质的重要组分lamin B1、matrins、topoisomerase I &II、HMG I/ Y(high mobility group nonhistone)、nucleolin；；染色质的组分染色质的组分histone H1；；n一些富含的特异蛋白一些富含的特异蛋白, ,如如SATB1 (special AT-rich binding protein)、ARBP (attachment region binding protein)、SAF-B(scaffold attachment factorB)、SAF-A/hnRNP U(heterogeneous nuclear RNP U)、nuclear scaffold protein SP120、ACBP-67/PAB1(polyA binding protein)(ARS consensus-binding protein)、ACBP-60/PUB1 protein ssA-TIBF(single-strand A-rich type I repeat binding protein)；n参与基因调控的反式作用因子参与基因调控的反式作用因子, ,如如NF-MuNR and MAR-BP1(nuclear factor-mu negative regulator)、osteocalcin gene`s promoter- binding factors，NMP-1&2、HIV-NMP(nuclear matrix protein)；n以及人工合成的以及人工合成的MATH (multi-AT hook) proteins。

9/5/202490专题七核基质的结构与组成表7-2：已经纯化和鉴定的已经纯化和鉴定的MARsMARs时间来源侧翼基因(或位点)MARs数目1984Drosophilahistone gene repeat2Drosophilahsp70 gene (87A7 locus , 87C1 locus)21986mouseimmunoglubulinκlight chain gene1Drosophilaalcohol dehydrogenase gene4DrosophilaSgs - 4 gene , Fushi taraza gene41987mouseimmunoglubulin heavy chain gene21988Drosophilaregion of rosy and Ace loci2Drosophilaactin 5C gene2yeast(HO , H4 , HMR - E , 2μm plasmid) ARS , ARS1 , CENIII , CENIV , CENXI8humanβ- interferon ge ne3humanβ- globin gene1humanHPRT gene1hamsterdihydrofolate reductase gene2humanapolipoprotein B gene31989chickenlysozyme gene21990toboccothree root - specific tobocco genes31991chickenα-globin gene 5′-end1chickenα-globin gene 3′-end21992murineCD4 gene2mouseα-globin gene19/5/202491专题七核基质的结构与组成表7-2：已经纯化和鉴定的已经纯化和鉴定的MARsMARs（（续）1993ratglutamate - dehydrogenase gene1humanembryo fibroblasts cDNA1ratosteocalcin gene1ratrDNA2humanunknown11994yeastARS302 , ARS30032humanγ-glubin gene1puetuniaT-DNA integration site1yeastARS30711995ratcarbomoylphosphate synthetase I gene2maizealcohol dehydrogenase1 gene101996humanHIV-11humanchromosome 198tomatoheat shock cognate 80 gene21997beanβ-phaseolin gene2mouseimmunoglobinμ gene1humanc-erbB-2 gene19/5/202492专题七核基质的结构与组成n从表从表7-37-3中所列的中所列的MARsMARs结合蛋白的识别序列结合蛋白的识别序列, ,我我们不难发现，一些组成性的们不难发现，一些组成性的MARMAR结合蛋白结合蛋白( (如如lamin B1、matrins 以及以及histone H1)主要识别富主要识别富含含ATAT的序列的序列, ,而大部分蛋白则倾向于识别而大部分蛋白则倾向于识别MARMAR的的二级结构二级结构, ,如小沟、弯曲和解链区。

如小沟、弯曲和解链区n富含富含ATAT的的DNADNA并不一定就是并不一定就是MAR,MAR,一些一些ATAT含量较含量较低的低的DNADNA序列由于具有序列由于具有MARMAR的二级结构特征而可的二级结构特征而可以与核基质特异性体外结合以与核基质特异性体外结合 9/5/202493专题七核基质的结构与组成表表7-3 MAR结合蛋白及其识别位点的主要特征结合蛋白及其识别位点的主要特征 MAR-binding proteins 识别的DNA序列或结构特征lamin B1AT - rich MARsmatrinsAT - rich MARstopoisomerase IIGTNA(T) AC(T) ATTNATNNA(G)HMG I( Y)narrow minor groove (AT-rich or GpC residue)NMP-1 &2T(A) GT(C) GGT(AML-1 recognition motif)SATB1ATC sequences minor grooveARBPAT-rich DNA with motif of 5′-GGTGT - 3′SAF-BAT-rich MARsSAF-A/hnRNP UMARs(>700bp) , poly(G) , ploy(I) or poly(U)histone H1oligo (dA) ·oligo (dT)(>130bp)SP120AT- ich MARs(>100bp)ssA-TIBFA-rich type I repeatMATH proteinsAT - rich MARsnucleolinRNA, ssDNA, T- rich MARs , base-unpairing regionACBP-67/ PAB1A or T - rich single strand , ARSACBP-60T - rich single strand , ARSNF-muNR/ MAR - BP1AT-rich MARsHIV-NMPnegative regulatory element of HIV-1 LTR9/5/202494专题七核基质的结构与组成3、、MARs的功能的功能 n根据目前已经报道的研究结果根据目前已经报道的研究结果, ,可以将可以将MARsMARs功功能概括为以下能概括为以下4 4个方面：个方面：n3.1 3.1 边界因子作用边界因子作用n3.2 3.2 染色质调节作用染色质调节作用n3.3 DNA3.3 DNA复制起始子的组分复制起始子的组分n3.4 3.4 染色体结构组成作用：染色体结构组成作用：9/5/202495专题七核基质的结构与组成3.1 边界因子作用：边界因子作用： 边界因子边界因子(boundary element)界定了独立的基因调节界定了独立的基因调节因子的区域因子的区域( (包括基因协作表达所需的所有顺式调节因子包括基因协作表达所需的所有顺式调节因子),),通过抑制染色质构象的传播以阻止调节因子的作用传通过抑制染色质构象的传播以阻止调节因子的作用传播到相邻的区域。

播到相邻的区域 边界因子使基因与边界因子使基因与MARsMARs区域之外的调节因子相隔离区域之外的调节因子相隔离, ,而由内源调节因子调控转基因的表达而由内源调节因子调控转基因的表达, ,含有相同转基因拷含有相同转基因拷贝数的独立转化体中贝数的独立转化体中, ,边界因子能降低基因表达的差异性边界因子能降低基因表达的差异性除此之外，在一个特定的转化体中转基因的表达水平会除此之外，在一个特定的转化体中转基因的表达水平会随着转基因拷贝数的增多而提高随着转基因拷贝数的增多而提高, ,产生拷贝数依赖的转基产生拷贝数依赖的转基因表达9/5/202496专题七核基质的结构与组成 MARs MARs将调节因子如启动子和增强子锚定到将调节因子如启动子和增强子锚定到核基质上核基质上, ,形成一个环形区域形成一个环形区域, ,此功能区域具有此功能区域具有位置独立效应位置独立效应, ,能独立进行表达能独立进行表达, ,确保启动子和确保启动子和增强子在染色质中长期的调节作用增强子在染色质中长期的调节作用9/5/202497专题七核基质的结构与组成3.2 染色质调节作用染色质调节作用n MARs MARs作为染色质调节因子调节染色质的构作为染色质调节因子调节染色质的构象。

象MARsMARs有助于调节蛋白质的结合和功能有助于调节蛋白质的结合和功能的实现的实现, ,提供一个不连续的浓缩染色质提供一个不连续的浓缩染色质n此外此外, ,由于由于MARsMARs的的DNADNA解链特征解链特征, ,它还作为一它还作为一个拓扑开关个拓扑开关, ,储存和释放由超螺旋产生的能储存和释放由超螺旋产生的能量 9/5/202498专题七核基质的结构与组成3.3 DNA复制起始子的组分：复制起始子的组分：l有研究认为，有研究认为，MARsMARs序列是序列是DNADNA复制起始子的组分之一，复制起始子的组分之一，或者就是复制起始点或者就是复制起始点Georgiev等用等用DNADNA变性复性实验变性复性实验证明珠蛋白基因的证明珠蛋白基因的DNADNA复制子包含有复制子包含有MARsMARs序列l在在DNADNA开始复制形成复制叉后，开始复制形成复制叉后，MARsMARs和核基质结合，和核基质结合，使复制叉易于和核基质中结合的复制所需酶及其它蛋使复制叉易于和核基质中结合的复制所需酶及其它蛋白和辅助因子相互作用白和辅助因子相互作用l细胞内细胞内DNADNA复制所需的酶和复制因子在生理盐水浓度复制所需的酶和复制因子在生理盐水浓度中也不和核基质分开，说明二者在体内可能是以结合中也不和核基质分开，说明二者在体内可能是以结合状态存在的。

而在酵母起始子中，状态存在的而在酵母起始子中，MARsMARs作为一个辅助作为一个辅助因子因子, ,有助于提高起始子的效率有助于提高起始子的效率 9/5/202499专题七核基质的结构与组成3.4 染色体结构组成作用：染色体结构组成作用：n在整个细胞周期中在整个细胞周期中MARsMARs始终与核基质结合，它始终与核基质结合，它们把染色质分成许多们把染色质分成许多5 5～～200kb200kb大小不等的环，大小不等的环，这些这些DNADNA环不但是染色质高级组织结构的基本环不但是染色质高级组织结构的基本成分，同时也是基因表达的单位，每一个环包成分，同时也是基因表达的单位，每一个环包括一到多个基因和基因表达所必须的调控序列括一到多个基因和基因表达所必须的调控序列n在有丝分裂和减数分裂过程中，在有丝分裂和减数分裂过程中，MARsMARs可以将染可以将染色质粘连到有丝分裂期的染色体骨架上色质粘连到有丝分裂期的染色体骨架上MARsMARs在有着丝粒附着的在有着丝粒附着的DNADNA中很常见，且中很常见，且MARsMARs对有对有丝分裂期的染色体组装和分裂中期染色体形状丝分裂期的染色体组装和分裂中期染色体形状的保持起着重要作用。

的保持起着重要作用 9/5/2024100专题七核基质的结构与组成4、、MARs对转基因表达的调控作用对转基因表达的调控作用 n虽然虽然MARsMARs有如上的功能特征有如上的功能特征, ,但它究竟是怎样但它究竟是怎样增强转基因表达，降低转基因表达水平差异的增强转基因表达，降低转基因表达水平差异的呢呢? ?目前比较流行的解释是由目前比较流行的解释是由Spiker等提出的等提出的染色质环模型染色质环模型n一般情况下，外源基因是随机插入到转化体的一般情况下，外源基因是随机插入到转化体的基因组中的，如果外源基因插入到活性转录区基因组中的，如果外源基因插入到活性转录区域，则转基因就可获得正常的表达，若插入到域，则转基因就可获得正常的表达，若插入到异染色质区域，转基因的表达就会受到抑制，异染色质区域，转基因的表达就会受到抑制，表现为基因沉默表现为基因沉默9/5/2024101专题七核基质的结构与组成n如果在转基因的两侧连接上如果在转基因的两侧连接上MARsMARs后，外源基因后，外源基因即使插入到没有转录活性的异染色质区域，通即使插入到没有转录活性的异染色质区域，通过过MARsMARs与核基质的锚定作用，外源基因形成一与核基质的锚定作用，外源基因形成一个独立的染色质环个独立的染色质环, ,不受周围异染色质的影响，不受周围异染色质的影响，依然可以得到表达。

这个模型中依然可以得到表达这个模型中MARsMARs实际上相实际上相当于一个隔离子当于一个隔离子 n正是正是MARsMARs的这些特点和形成的空间结构影响到复的这些特点和形成的空间结构影响到复制与转录的调节，形成的独立制与转录的调节，形成的独立DNADNA环状结构可减少环状结构可减少了环与环间的相互影响，同时通过空间拓扑结构了环与环间的相互影响，同时通过空间拓扑结构改变和富集调控因子促进环内转录，对环内、环改变和富集调控因子促进环内转录，对环内、环间及环周区域产生影响，它被认为是基因表达调间及环周区域产生影响，它被认为是基因表达调控的顺式调节因子控的顺式调节因子9/5/2024102专题七核基质的结构与组成n将将MARsMARs连接在表达载体上进行转化，它可引导转连接在表达载体上进行转化，它可引导转基因结合到核骨架上形成独立结构域，减少位置基因结合到核骨架上形成独立结构域，减少位置效应，增强转基因表达的拷贝数依赖性，避免插效应，增强转基因表达的拷贝数依赖性，避免插入位点周围染色质的影响，并能克服基因组对外入位点周围染色质的影响，并能克服基因组对外来基因的识别，降低甲基化修饰及剪切来基因的识别，降低甲基化修饰及剪切。

n鉴于鉴于MARsMARs与基因表达间的关系，尤其它能显著地与基因表达间的关系，尤其它能显著地增强转基因表达、克服位置效应、消除转基因沉增强转基因表达、克服位置效应、消除转基因沉默，它已被作为一种顺式调控元件应用到转基因默，它已被作为一种顺式调控元件应用到转基因技术中 9/5/2024103专题七核基质的结构与组成5、、MARs在转基因中的应用在转基因中的应用 n5.1 MARs5.1 MARs提高转基因表达水平：提高转基因表达水平：nMARsMARs在已经稳定转化的株系或整个植株中，对转基因在已经稳定转化的株系或整个植株中，对转基因表达的增强效应已在大豆，酵母，烟草，西红柿，表达的增强效应已在大豆，酵母，烟草，西红柿，β2β2菜豆蛋白，鸡溶菌酶，豌豆球蛋白和拟南芥的菜豆蛋白，鸡溶菌酶，豌豆球蛋白和拟南芥的MARsMARs中有报道中有报道n在多数研究中，在多数研究中，MARsMARs在单个植株中可使转基因表达水在单个植株中可使转基因表达水平提高平提高2-92-9倍倍, ,在烟草培养细胞中可提高在烟草培养细胞中可提高6060倍而且MARsMARs对转基因表达的增强作用，只有当对转基因表达的增强作用，只有当MARsMARs与植物基与植物基因组整合后才能实现。

因组整合后才能实现 9/5/2024104专题七核基质的结构与组成n另一方面，人们发现另一方面，人们发现MARsMARs不仅对外源基因的表不仅对外源基因的表达有调控作用，而且对位于达有调控作用，而且对位于MARsMARs附近的内源基附近的内源基因的表达也起着举足轻重的作用因的表达也起着举足轻重的作用Whitelaw等等在绵羊临近乳球蛋白基因的在绵羊临近乳球蛋白基因的3`3`端鉴定了一个区端鉴定了一个区域，此区域在体外与绵羊和鼠的核基质都能够域，此区域在体外与绵羊和鼠的核基质都能够结合结合, ,被鉴定为被鉴定为MARsMARsn研究表明，研究表明，MARsMARs的去除并不影响的去除并不影响β-2 2葡糖醛酸葡糖醛酸酶酶(β-2 glucuronidase，GUS)基因在基因在mRNAmRNA水平上水平上的表达频率但是的表达频率但是, ,缺少缺少MARsMARs的转基因鼠比野的转基因鼠比野生型中生型中GUSGUS基因的表达低基因的表达低9/5/2024105专题七核基质的结构与组成n戴冰冰等将人戴冰冰等将人β2 INFβ2 INF基因上游基因上游800 bp800 bp的的MARsMARs分别反向和正向克隆至逆转录病毒载体分别反向和正向克隆至逆转录病毒载体MFC MFC 3`LTR上游，以上游，以egfpegfp（增强型绿色荧光蛋白）（增强型绿色荧光蛋白）为报为报告基因观察告基因观察MARsMARs对对egfpegfp基因表达水平以及对病基因表达水平以及对病毒滴度的影响。

结果显示，反向和正向插入的毒滴度的影响结果显示，反向和正向插入的MARsMARs在瞬时表达的情况下，都不能提高在瞬时表达的情况下，都不能提高egfpegfp的的表达表达, ,但在稳定整合的情况下，反向但在稳定整合的情况下，反向MARsMARs可明可明显提高显提高egfpegfp在在NIH 3T3NIH 3T3细胞内的表达，而正向细胞内的表达，而正向插入插入MARsMARs的的MFCMFC作用不明显，说明作用不明显，说明MARsMARs的作用的作用是有方向性的是有方向性的 9/5/2024106专题七核基质的结构与组成nKim 等最近发现人等最近发现人β2β2球蛋白球蛋白MARsMARs含有的共有含有的共有序列及拓扑异构酶序列及拓扑异构酶ⅡⅡ的结合位点与的结合位点与MARsMARs对转基对转基因表达的调控密切相关，因表达的调控密切相关，MARMAR因子可以将因子可以将β2β2半半乳糖苷酶乳糖苷酶(β2 galactosidase)基因的阳性克隆提基因的阳性克隆提高到高到80 %80 %，这些克隆的，这些克隆的β2β2半乳糖苷酶表达水半乳糖苷酶表达水平同时也提高了平同时也提高了7 7倍，他们认为这种提高作用倍，他们认为这种提高作用是由于是由于MARsMARs使外源基因产生了位置独立效应及使外源基因产生了位置独立效应及拷贝数依赖的表达。

同时，他们还发现拷贝数依赖的表达同时，他们还发现β2β2球球蛋白蛋白MARMAR因子对因子对β2β2半乳糖苷酶表达的增强作用半乳糖苷酶表达的增强作用与方向无关与方向无关 9/5/2024107专题七核基质的结构与组成nMenduMendu等研究了由等研究了由MARsMARs和功能基因形成的染色和功能基因形成的染色质环大小与转基因表达的关系质环大小与转基因表达的关系, ,他们构建了他们构建了4 4种种大小不同的质粒载体：大小不同的质粒载体：GUS，Spacer-GUS，MARs-GUS -MARs，MARs –Spacer- GUS- MARs结果显示，增大由结果显示，增大由MARsMARs形成的染色质形成的染色质环并不能降低环并不能降低MARsMARs增强转基因表达的效应也增强转基因表达的效应也有研究者认为有研究者认为, ,环内基因的表达并不随着环的环内基因的表达并不随着环的增大而提高增大而提高, ,而是与环的大小成反比而是与环的大小成反比, ,小环内的小环内的基因往往转录活性更强基因往往转录活性更强 9/5/2024108专题七核基质的结构与组成5.2 MARs降低转基因表达水平差异降低转基因表达水平差异l在研究在研究MARsMARs对提高转基因表达作用的同时，有些研究对提高转基因表达作用的同时，有些研究者对者对MARsMARs与降低转基因表达差异的关系做了部分研究。

与降低转基因表达差异的关系做了部分研究lWitold等将含有非配对特征的合成等将含有非配对特征的合成sMARsMAR (synthetic MAR)连接到连接到GUSGUS报告基因的两侧，克隆到双元载体报告基因的两侧，克隆到双元载体pBI121中，然后通过农杆菌介导将含有中，然后通过农杆菌介导将含有sMARsMAR和不含有和不含有sMARsMAR的载体分别转化烟草结果表明，含有的载体分别转化烟草结果表明，含有sMARsMAR序列序列的转基因烟草与不含的转基因烟草与不含sMARsMAR的转基因烟草相比，前者的转基因烟草相比，前者GUSGUS基因显示了较高的表达水平，并且基因显示了较高的表达水平，并且sMARsMAR的效应不的效应不依赖于其在报告基因依赖于其在报告基因5′5′端的位置但是，在转化植端的位置但是，在转化植物群体中，基因表达水平的差异依然显著物群体中，基因表达水平的差异依然显著 9/5/2024109专题七核基质的结构与组成nBrouwer等用了三种等用了三种MARsMARs，其中两个来自玉米，其中两个来自玉米Adh1 5和和Mha1 5`的MARs，另一个来自酵母，另一个来自酵母ARS1ARS1，来研究，来研究MARsMARs对转基因在玉米愈伤和转化对转基因在玉米愈伤和转化的玉米植株中表达的效应，结果表明，在愈伤的玉米植株中表达的效应，结果表明，在愈伤中中Adh1 5′MARs Adh1 5′MARs 和和ARS1ARS1降低了转基因沉默，降低了转基因沉默，但是并没有降低转基因表达水平的差异；而且，但是并没有降低转基因表达水平的差异；而且，在转基因植株中在转基因植株中Adh1 5′MARsAdh1 5′MARs能将能将GUSGUS的表达的表达定位到侧生根发生位点。

定位到侧生根发生位点n该研究同时也证明了该研究同时也证明了MARsMARs对核基质体外的亲和对核基质体外的亲和性与其增强转基因表达的效应无关，即体外较性与其增强转基因表达的效应无关，即体外较高的亲和性并不意味着较强的增强效应高的亲和性并不意味着较强的增强效应 9/5/2024110专题七核基质的结构与组成nMankinMankin等研究了烟草等研究了烟草RB7 3′MARsRB7 3′MARs与与6 6个启动子的相互个启动子的相互作用，得出如下结论作用，得出如下结论:MARs:MARs对转基因表达的提高作用对转基因表达的提高作用具有启动子依赖性，同时与对照相比，具有启动子依赖性，同时与对照相比，MARsMARs对减少低对减少低水平的转基因表达有显著作用，即降低了不同转化株水平的转基因表达有显著作用，即降低了不同转化株间转基因表达水平的差异间转基因表达水平的差异nMlynarova等发现鸡溶菌酶等发现鸡溶菌酶A A因子因子MARsMARs能使植物低水平能使植物低水平的表达提高，但对高水平的转基因表达没有明显作用，的表达提高，但对高水平的转基因表达没有明显作用，从而使转化个体间转基因表达的差异性降低从而使转化个体间转基因表达的差异性降低7 7倍。

倍9/5/2024111专题七核基质的结构与组成n研究显示鸡溶菌酶研究显示鸡溶菌酶MARsMARs可以显著地提高报告基可以显著地提高报告基因在中国仓鼠卵巢表达而最近研究结果与因在中国仓鼠卵巢表达而最近研究结果与Mlynarova相反相反, ,鸡溶菌酶基因鸡溶菌酶基因MARsMARs对对GUSGUS基因基因在拟南芥中的表达水平及各转化体间基因表达在拟南芥中的表达水平及各转化体间基因表达水平的差异性都没有影响这也许是因为水平的差异性都没有影响这也许是因为MARsMARs的功能具有物种特异性，即动物的的功能具有物种特异性，即动物的MARsMARs在植物在植物中发挥作用的效果不同所致中发挥作用的效果不同所致 9/5/2024112专题七核基质的结构与组成n从研究资料综合来看，从研究资料综合来看，MARsMARs对转基因表达的作用，不同对转基因表达的作用，不同的报道不尽相符，其原因包括的报道不尽相符，其原因包括: :转化的方法，载体设计，转化的方法，载体设计，MARsMARs的遗传特性和用于转化的组织类型等的遗传特性和用于转化的组织类型等n多数研究中，多数研究中，MARsMARs对基因表达差异的降低是不明显的，对基因表达差异的降低是不明显的，除此之外，基因表达很少依赖于转基因的拷贝数。

虽然除此之外，基因表达很少依赖于转基因的拷贝数虽然已获得报告基因正常的表达水平，但是，含有已获得报告基因正常的表达水平，但是，含有MARsMARs的单的单独的转基因植物中，基因表达的差异性依然很明显，这独的转基因植物中，基因表达的差异性依然很明显，这主要归因于环境或发育的影响；主要归因于环境或发育的影响；n另一方面，不同的另一方面，不同的MARsMARs可能执行着各种各样的功能有可能执行着各种各样的功能有些些MARsMARs不能降低转基因表达的差异，这说明并非所有的不能降低转基因表达的差异，这说明并非所有的MARsMARs都具有边界因子的功能或消除转基因沉默的能力都具有边界因子的功能或消除转基因沉默的能力总之，不同研究的结论不相一致，一些总之，不同研究的结论不相一致，一些MARsMARs不仅具有一不仅具有一般的特征般的特征, ,还具有其特有的特征，这种不均一性使对还具有其特有的特征，这种不均一性使对MARsMARs功能的研究复杂化，因为用不同的功能的研究复杂化，因为用不同的MARsMARs序列做研究序列做研究其获得的结论很可能是不一致的其获得的结论很可能是不一致的9/5/2024113专题七核基质的结构与组成nMARsMARs通过何种机制与核基质结合？其调控转基通过何种机制与核基质结合？其调控转基因表达的机理如何？都需要进一步的研究。

因表达的机理如何？都需要进一步的研究n但是，把但是，把MARsMARs作为一个转基因表达的工具应用作为一个转基因表达的工具应用到基因工程中，使转基因的表达更理想可以到基因工程中，使转基因的表达更理想可以建立不同物种的随机建立不同物种的随机MARsMARs文库，供人们筛选，文库，供人们筛选，来实现对基因工程中基因表达效果的人为调控来实现对基因工程中基因表达效果的人为调控9/5/2024114专题七核基质的结构与组成（六）核仁基质（六）核仁基质n8080年代初年代初, ,在两栖类及鸟类具核红细胞核仁基质的研在两栖类及鸟类具核红细胞核仁基质的研究中，究中，FrankeFranke等提出核仁基质是有形成分，认为经选等提出核仁基质是有形成分，认为经选择性抽提及核酸酶处理后在核基质中存留的核仁残余择性抽提及核酸酶处理后在核基质中存留的核仁残余可能代表核仁基质的形态结构可能代表核仁基质的形态结构n19831983年欧洲核仁会议上，与会学者赋予核仁基质的定年欧洲核仁会议上，与会学者赋予核仁基质的定义是指经显示核基质而进行的选择性程序抽提后义是指经显示核基质而进行的选择性程序抽提后, ,在在细胞核内存留在核基质网络中的核仁残余，此后一些细胞核内存留在核基质网络中的核仁残余，此后一些学者利用某些核仁蛋白或学者利用某些核仁蛋白或RNPRNP的抗体来标记经过选择的抗体来标记经过选择性抽提而存留的核仁残余。

性抽提而存留的核仁残余n但是由于所用抽提条件的差异，已经报道的几篇文献但是由于所用抽提条件的差异，已经报道的几篇文献结果也不一致也有学者提出核仁基质的定义应该修结果也不一致也有学者提出核仁基质的定义应该修改或补充改或补充9/5/2024115专题七核基质的结构与组成n将分离纯化的将分离纯化的HeLaHeLa细胞核仁经过选择性抽提及细胞核仁经过选择性抽提及核酸酶处理，利用整装电镜及核酸酶处理，利用整装电镜及DGDDGD包埋去包埋包埋去包埋技术，观察到核仁残余的形态呈现为精细的纤技术，观察到核仁残余的形态呈现为精细的纤维网络结构，将它称为核仁骨架，到目前为止，维网络结构，将它称为核仁骨架，到目前为止，对于核仁骨架的形态结构及其组成成分还没有对于核仁骨架的形态结构及其组成成分还没有普遍的、确切的认识验结果证明，核仁骨架普遍的、确切的认识验结果证明，核仁骨架是纤维网络结构体系，其多肽成分与核基质、是纤维网络结构体系，其多肽成分与核基质、染色体骨架有明显区别，进一步证明肌动蛋白染色体骨架有明显区别，进一步证明肌动蛋白与与fibrillarin是核仁骨架的主要成分是核仁骨架的主要成分9/5/2024116专题七核基质的结构与组成1 1、核仁骨架结构、成分与功能的探讨、核仁骨架结构、成分与功能的探讨n8080年代初，核仁骨架作为有形的结构被提出，年代初，核仁骨架作为有形的结构被提出，2020多年来已为众多学者逐渐接受。

但核仁骨架多年来已为众多学者逐渐接受但核仁骨架到底是一个怎样的结构到底是一个怎样的结构? ?对于这个问题目前还对于这个问题目前还没有普遍的认识没有普遍的认识, ,还不能给予一个准确的答案还不能给予一个准确的答案至于它的组成成分也所知甚少至于它的组成成分也所知甚少n由于核仁骨架与核基质有着很相似的物理性质，由于核仁骨架与核基质有着很相似的物理性质，结构上又紧密相连，从技术上来讲，要将核仁结构上又紧密相连，从技术上来讲，要将核仁骨架从核基质中分离出来，难度很大所以，骨架从核基质中分离出来，难度很大所以，研究它的组成成分有着许多障碍已经进行的研究它的组成成分有着许多障碍已经进行的一些工作基本是利用核仁蛋白或一些工作基本是利用核仁蛋白或RNPRNP的抗体来的抗体来标记经过选择性抽提而存留的核仁残余标记经过选择性抽提而存留的核仁残余9/5/2024117专题七核基质的结构与组成n利用利用fibrillarin及及U3 snRNPU3 snRNP的抗体证明的抗体证明fibrillarin是是非洲爪蟾及鸡具核红细胞的核仁骨架成分并且与非洲爪蟾及鸡具核红细胞的核仁骨架成分并且与U3 snRNAU3 snRNA构成构成U3 snRNPU3 snRNP存在于核仁骨架中。

存在于核仁骨架中n实验工作表明实验工作表明, ,将将HeLaHeLa细胞的核仁分离纯化出来，细胞的核仁分离纯化出来，再经选择性抽提得到的核仁骨架呈现为精细的网再经选择性抽提得到的核仁骨架呈现为精细的网络结构络结构, , 称之为核仁骨架对称之为核仁骨架对BHK221BHK221细胞及小鼠细胞及小鼠肝细胞的核仁进行相同条件的处理，也观察到类肝细胞的核仁进行相同条件的处理，也观察到类似的网络结构似的网络结构n是不是这种纤维网络是不是这种纤维网络( (核仁骨架核仁骨架) )才代表核仁骨架才代表核仁骨架的真正结构的真正结构? ?或者这种结构类似于核基质的核心纤或者这种结构类似于核基质的核心纤维，由这种网络结构的维，由这种网络结构的““核仁骨架核仁骨架””与一些核仁与一些核仁骨架结合蛋白及骨架结合蛋白及RNARNA构成传统意义上的核仁骨架构成传统意义上的核仁骨架- -网络网络? ? 9/5/2024118专题七核基质的结构与组成nfibrillarin是是真核生物核仁内一种保守的蛋白，酵母真核生物核仁内一种保守的蛋白，酵母中与其同源的中与其同源的NOP1NOP1研究较为清楚研究较为清楚NOP1NOP1几乎参与几乎参与rRNArRNA加工及核糖体前体装配的所有环节加工及核糖体前体装配的所有环节, ,结果显示结果显示36 kD36 kD核仁骨架蛋白在核仁骨架中全方位及大含量核仁骨架蛋白在核仁骨架中全方位及大含量的分布的分布, ,或许可以从一个侧面说明它在哺乳动物细或许可以从一个侧面说明它在哺乳动物细胞中与酵母的胞中与酵母的NOP1NOP1有类似重要的功能。

有类似重要的功能n有关核仁骨架的功能基本属于推测性的，因为对核有关核仁骨架的功能基本属于推测性的，因为对核仁骨架的形态结构与组成成分的研究还处于起始阶仁骨架的形态结构与组成成分的研究还处于起始阶段不过它与段不过它与rDNArDNA及核仁相随染色质的空间排布与及核仁相随染色质的空间排布与复制、复制、rRNArRNA的转录、加工及与核糖体蛋白质装配成的转录、加工及与核糖体蛋白质装配成核糖体前体以及多种生物大分子或大分子复合物的核糖体前体以及多种生物大分子或大分子复合物的进出核仁等生物学功能可能密不可分进出核仁等生物学功能可能密不可分, ,只是具体细只是具体细节尚不明了证明肌动蛋白在核仁骨架中的存在，节尚不明了证明肌动蛋白在核仁骨架中的存在，或许有助于进一步释明核仁骨架功能或许有助于进一步释明核仁骨架功能9/5/2024119专题七核基质的结构与组成2. 2. 核仁骨架与核基质、染色体骨架的关系核仁骨架与核基质、染色体骨架的关系n在细胞分裂过程中，分裂间期的核基质及核仁在细胞分裂过程中，分裂间期的核基质及核仁骨架与中期染色体骨架的相互转化是一个很复骨架与中期染色体骨架的相互转化是一个很复杂且十分有意义的问题，曾经有些学者做过探杂且十分有意义的问题，曾经有些学者做过探讨，但还缺乏直接的证据。

核基质与染色体骨讨，但还缺乏直接的证据核基质与染色体骨架存在一些共同的成分，如拓扑异构酶架存在一些共同的成分，如拓扑异构酶ⅡⅡ、肌、肌动蛋白等，可能由这些成分构成核基质与染色动蛋白等，可能由这些成分构成核基质与染色体骨架的核心支架体骨架的核心支架 9/5/2024120专题七核基质的结构与组成n细胞周期进行的同时伴随着核仁周期的进行，有细胞周期进行的同时伴随着核仁周期的进行，有丝分裂过程中，核仁的形态经历一系列变化以丝分裂过程中，核仁的形态经历一系列变化以人的细胞为例，人的细胞为例，S S期细胞核内含有一个大核仁到期细胞核内含有一个大核仁到G2G2期的晚期核仁开始分离，期的晚期核仁开始分离，rDNArDNA停止转录、凝集停止转录、凝集并逐渐收缩回到相应染色体的并逐渐收缩回到相应染色体的核仁组织区核仁组织区( (第第1313，，1414，，1515，，2121，，2222对染色体的次缢痕对染色体的次缢痕) )，核仁消失核仁消失有丝分裂末期，核仁组织区有丝分裂末期，核仁组织区DNADNA去凝集，去凝集，rRNArRNA合成合成重新开始，重新开始，1010个极小的核仁重新出现在子细胞染个极小的核仁重新出现在子细胞染色体核仁组织区附近。

然后这些小核仁又逐步融色体核仁组织区附近然后这些小核仁又逐步融合成一个大的核仁观察到合成一个大的核仁观察到36 kD36 kD核仁骨架蛋白在核仁骨架蛋白在核仁前体中已经存在，随着核仁的融合该蛋白又核仁前体中已经存在，随着核仁的融合该蛋白又聚集到大的核仁中聚集到大的核仁中n在核仁周期中核仁骨架扮演着什么样的角色在核仁周期中核仁骨架扮演着什么样的角色? ?这是这是一个很有意思并值得进一步探讨的问题一个很有意思并值得进一步探讨的问题. . 9/5/2024121专题七核基质的结构与组成（七）核基质及其研究方法（七）核基质及其研究方法n大量研究表明核基质不仅在维持细胞核的形态结大量研究表明核基质不仅在维持细胞核的形态结构，而且在染色质构，而且在染色质/ /染色体构建、染色体构建、DNADNA复制和基因复制和基因表达调控（表达调控（RNARNA合成、合成、RNARNA合成后加工和合成后加工和RNARNA运输）运输）等一系列活动中发挥重要作用特别是核基质结等一系列活动中发挥重要作用特别是核基质结合元件合元件（matrix attached region，MARs)的作用已的作用已成为研究的热点而引起了人们的极大关注。

成为研究的热点而引起了人们的极大关注n在这期间有关研究者从各自目的和实验条件出发在这期间有关研究者从各自目的和实验条件出发先后建立了多种别具特色的核基质研究方法应先后建立了多种别具特色的核基质研究方法应用这些方法所获得的诸多研究结果已使人们充分用这些方法所获得的诸多研究结果已使人们充分认识到核基质在生命活动中的重要意义认识到核基质在生命活动中的重要意义9/5/2024122专题七核基质的结构与组成n毫无疑问，有关核基质方面的研究必将在今后毫无疑问，有关核基质方面的研究必将在今后全面而深刻地认识基因功能中发挥重要作用全面而深刻地认识基因功能中发挥重要作用在这种情况之下，全面系统地总结评述核基质在这种情况之下，全面系统地总结评述核基质研究方法，比较各种方法的特色及其所存在的研究方法，比较各种方法的特色及其所存在的不足，为有关研究提供借鉴是非常有意义的不足，为有关研究提供借鉴是非常有意义的n有鉴于此，将以往各种主要的核基质研究方法有鉴于此，将以往各种主要的核基质研究方法概括归纳为五个类别，以分析核基质分离提取概括归纳为五个类别，以分析核基质分离提取步骤为主线，全面系统地阐述了它们的优缺点步骤为主线，全面系统地阐述了它们的优缺点。

现分述如下：现分述如下： 9/5/2024123专题七核基质的结构与组成1、高盐抽提法、高盐抽提法n高盐抽提法最初是由高盐抽提法最初是由Berezney和和Coffey于于19771977年建年建立的后来经过多次改良逐渐发展成为了一种经立的后来经过多次改良逐渐发展成为了一种经典的核基质研究方法典的核基质研究方法n其过程是从组织或细胞株出发，先用非离子去垢其过程是从组织或细胞株出发，先用非离子去垢剂剂(TritonX-100或或NP-40等）游离细胞核，再通过等）游离细胞核，再通过蔗糖密度梯度离心得到高度纯化的细胞核细胞蔗糖密度梯度离心得到高度纯化的细胞核细胞核用内源或外源核酸酶消化，使核内的核用内源或外源核酸酶消化，使核内的DNADNA和和RNARNA降解然后用盐溶液和去垢剂反复抽提，先用低降解然后用盐溶液和去垢剂反复抽提，先用低盐缓冲液抽提洗移去被酶解的盐缓冲液抽提洗移去被酶解的DNADNA或或RNARNA片段以及片段以及松弛结合的染色质组分，再用高盐缓冲液抽提以松弛结合的染色质组分，再用高盐缓冲液抽提以去除大部分染色质组分，最后用去垢剂溶去核膜去除大部分染色质组分，最后用去垢剂溶去核膜中所含的脂质成分，经低盐缓冲液洗涤离心即得中所含的脂质成分，经低盐缓冲液洗涤离心即得核基质。

在上述各抽提操作中均加入了蛋白酶抑核基质在上述各抽提操作中均加入了蛋白酶抑制剂制剂PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride）9/5/2024124专题七核基质的结构与组成n用此方法分离出来的核基质尽管去除了用此方法分离出来的核基质尽管去除了85%-90%85%-90%的总核的总核蛋白和几乎所有的染色质，但仍然保持了完整细胞核的蛋白和几乎所有的染色质，但仍然保持了完整细胞核的许多主要结构特征，其中包括染色质环附着点、许多主要结构特征，其中包括染色质环附着点、DNADNA复复制复合体和类固醉激素受体等，同时还含有部分与之紧制复合体和类固醉激素受体等，同时还含有部分与之紧密相连的密相连的RNARNA、少量的、少量的DNADNA以及痕量的脂类以及痕量的脂类 n另外，在高盐抽提过程中用核酸酶消化会造成大量的另外，在高盐抽提过程中用核酸酶消化会造成大量的RNARNA丢失RNARNA以及与之紧密结合的核糖核蛋白以及与之紧密结合的核糖核蛋白（（ribonucleo-protein,RNP））的存在是保持核基质结构的存在是保持核基质结构完整的重要因素之一不管是外源性完整的重要因素之一。

不管是外源性RNaseRNase（如（如RNase A) )，还是内源性，还是内源性RNaseRNase消化细胞核，去除大部消化细胞核，去除大部分分RNARNA后都会导致部分核内纤维丝的崩解，聚集形成后都会导致部分核内纤维丝的崩解，聚集形成一种无定形的结构一种无定形的结构n随着随着hnRNAhnRNA的溶去，与之紧密结合的的溶去，与之紧密结合的RNPRNP也随之丢失，也随之丢失，更加剧了核结构的崩解所以在制备核基质过程中加更加剧了核结构的崩解所以在制备核基质过程中加入入RNaseRNase抑制剂如氧钒核苷复合物抑制剂如氧钒核苷复合物(vanadyl ribonucleoside complex）防止结构防止结构RNARNA的破坏是非常重的破坏是非常重要的 9/5/2024125专题七核基质的结构与组成n这种经典的研究方法最大的特点在于有效地防止了胞这种经典的研究方法最大的特点在于有效地防止了胞质成分特别是中间纤维的污染，所以适合于研究核基质成分特别是中间纤维的污染，所以适合于研究核基质的组成成分质的组成成分n但这种方法的不足也是非常明显的，首先激烈的高盐但这种方法的不足也是非常明显的，首先激烈的高盐抽提（抽提（2 Mol/L NaCl））会导致核结构的明显皱缩，核会导致核结构的明显皱缩，核半径可减少半径可减少20%-50%20%-50%，所以不适合进行核基质形态学，所以不适合进行核基质形态学的研究。

而相比之下用的研究而相比之下用(NH4)2SO4沉淀等方法处理则沉淀等方法处理则核形态变化不大（见下述）其原因可能是细胞核经核形态变化不大（见下述）其原因可能是细胞核经核酸酶消化后，随着离子强度的增加，各种化学基团核酸酶消化后，随着离子强度的增加，各种化学基团之间的相互作用增强，导致核基质的形态在去除染色之间的相互作用增强，导致核基质的形态在去除染色质的同时快速收缩而低浓度的硫酸按质的同时快速收缩而低浓度的硫酸按（0.25 Mol/L）沉淀法比高盐抽提法的条件更温和，对核基质形态结沉淀法比高盐抽提法的条件更温和，对核基质形态结构的影响较小构的影响较小 9/5/2024126专题七核基质的结构与组成2 硫酸铵沉淀法硫酸铵沉淀法n硫酸铵沉淀法是目前应用最广泛的核基质研究方法之一，硫酸铵沉淀法是目前应用最广泛的核基质研究方法之一，主要应用于核基质形态结构的观察、核基质成分及其功能主要应用于核基质形态结构的观察、核基质成分及其功能分析等方面的研究分析等方面的研究n它首先由它首先由FeyFey和和PenmanPenman于于19841984年建立，后来人们又对该方法年建立，后来人们又对该方法进行了许多改良。

硫酸铵沉淀法的特点之一在于不用纯化进行了许多改良硫酸铵沉淀法的特点之一在于不用纯化细胞核，而直接进行核酸酶消化和硫酸铵沉淀核基质细胞核，而直接进行核酸酶消化和硫酸铵沉淀核基质n其主要过程是：细胞悬浮于内含其主要过程是：细胞悬浮于内含TritonX-100和氧钒核苷复和氧钒核苷复合物的细胞骨架缓冲液溶去膜系统，去除大部分可溶性蛋合物的细胞骨架缓冲液溶去膜系统，去除大部分可溶性蛋白再用抽提缓冲液处理后离心，去除微丝、微管和其它白再用抽提缓冲液处理后离心，去除微丝、微管和其它细胞骨架蛋白以及膜系统中的脂质成分然后经细胞骨架蛋白以及膜系统中的脂质成分然后经DNaseDNase工消工消化后，缓慢加入冷硫酸铵至终浓度为化后，缓慢加入冷硫酸铵至终浓度为0.25 Mol/L，经去除染，经去除染色质，沉淀物即为核基质以上各步的缓冲液均加蛋白酶色质，沉淀物即为核基质以上各步的缓冲液均加蛋白酶抑制剂抑制剂(PMSF(PMSF）和）和RNaseRNase抑制剂（氧钒核苷复合物）抑制剂（氧钒核苷复合物） 9/5/2024127专题七核基质的结构与组成n尽管大部分中间纤维蛋白已被去除，此法制备的核尽管大部分中间纤维蛋白已被去除，此法制备的核基质在电镜下观察仍然有部分中间纤维的存在。

准基质在电镜下观察仍然有部分中间纤维的存在准确地说，这样分离纯化得到的是核基质确地说，这样分离纯化得到的是核基质- -中间纤维骨中间纤维骨架体系n为了把中间纤维去除，为了把中间纤维去除，FeyFey和和PenmanPenman又将硫酸铵沉淀又将硫酸铵沉淀法进行了一定的改良他们把法进行了一定的改良他们把NM-IFNM-IF骨架体系溶于含骨架体系溶于含8 Mol/L8 Mol/L尿素的蛋白溶解缓冲液中，然后于透析缓冲尿素的蛋白溶解缓冲液中，然后于透析缓冲液中液中4℃4℃下透析，随着尿素的去除，中间纤维蛋白又下透析，随着尿素的去除，中间纤维蛋白又重新聚集在一起，经过超速离心，绝大部分的中间重新聚集在一起，经过超速离心，绝大部分的中间纤维与可溶的核基质蛋白分离，上清液用丙酮或无纤维与可溶的核基质蛋白分离，上清液用丙酮或无水乙醉沉淀，即得到纯化的核基质蛋白水乙醉沉淀，即得到纯化的核基质蛋白n目前应用硫酸铵沉淀法制备得到的核基质蛋白，通目前应用硫酸铵沉淀法制备得到的核基质蛋白，通过双向电泳技术已在许多组织或细胞系中找出了差过双向电泳技术已在许多组织或细胞系中找出了差异或特异性核基质蛋白，这为进一步进行基因表达异或特异性核基质蛋白，这为进一步进行基因表达调控的研究和在分子水平上揭示肿瘤等疾病的发病调控的研究和在分子水平上揭示肿瘤等疾病的发病机理以及针对性地开展诊断、治疗等方面的研究奠机理以及针对性地开展诊断、治疗等方面的研究奠定了物质基础。

定了物质基础 9/5/2024128专题七核基质的结构与组成n硫酸铵沉淀法的一个主要技术创新就是采用更硫酸铵沉淀法的一个主要技术创新就是采用更温和的方法来去除染色质温和的方法来去除染色质DNaseDNase作用于核小作用于核小体间的体间的DNADNA，断开后的核小体连同组蛋白可被，断开后的核小体连同组蛋白可被温和的盐浓度温和的盐浓度（（0.25 Mol/L （NH4)2SO4）洗掉整个洗脱过程并没有破坏整个洗脱过程并没有破坏hnRNPhnRNP复合物，从而复合物，从而较好地保持了核基质的精细网架结构较好地保持了核基质的精细网架结构n值得着重提出的是，硫酸铵沉淀法提取核基质值得着重提出的是，硫酸铵沉淀法提取核基质具有高度的重复性，非常适合于生化成分的分具有高度的重复性，非常适合于生化成分的分析 9/5/2024129专题七核基质的结构与组成3 氨基修饰法氨基修饰法n氨基修饰法是氨基修饰法是19971997年由年由Nickerson等首次提出的等首次提出的它通过对组蛋白和核基质蛋白上的氨基进行甲它通过对组蛋白和核基质蛋白上的氨基进行甲醛或醛或sulfo-NHS(N-hydroxysulfo-succinimide acetate:一种修饰没有交联的蛋白质氮基的试剂) )修饰，而使得残修饰，而使得残余的染色质在生理离子浓度的条件下完全释放余的染色质在生理离子浓度的条件下完全释放出来，得到更完整、更精细的核基质网架结构。

出来，得到更完整、更精细的核基质网架结构9/5/2024130专题七核基质的结构与组成n其主要步骤也是先用内含其主要步骤也是先用内含TritonX-100RNaseRNase抑制抑制剂以及蛋白酶抑制剂的细胞骨架缓冲液处理细胞，剂以及蛋白酶抑制剂的细胞骨架缓冲液处理细胞，去除细胞膜以及胞浆中的可溶成分，然后经限制去除细胞膜以及胞浆中的可溶成分，然后经限制性内切酶性内切酶Pst IPst I和和Hae IIIHae III消化染色质（在核小体消化染色质（在核小体间切开）后，用甲醛或间切开）后，用甲醛或sulfo-NHS对组蛋白和核基对组蛋白和核基质蛋白上的氨基进行修饰经两次修饰后，最后质蛋白上的氨基进行修饰经两次修饰后，最后用用10 mMol/L甘氨酸洗涤以去除过量的修饰剂和被甘氨酸洗涤以去除过量的修饰剂和被消化的染色质消化的染色质n实验表明：运用氨基修饰法制备的核基质组分，实验表明：运用氨基修饰法制备的核基质组分，几乎能把所有的几乎能把所有的DNADNA去除，而组蛋白的去除效果也去除，而组蛋白的去除效果也与其它方法相当结果在核基质中显现出更复杂与其它方法相当结果在核基质中显现出更复杂的纤维的纤维- -颗粒状结构，更类似于实际上的细胞核骨颗粒状结构，更类似于实际上的细胞核骨架结构体系。

架结构体系 9/5/2024131专题七核基质的结构与组成n与氨基修饰法相比，上述两种方法的与氨基修饰法相比，上述两种方法的DNADNA经适当的经适当的脱氧核糖核酸酶部分地消化后，残留的染色质碎脱氧核糖核酸酶部分地消化后，残留的染色质碎片仍然与核基质紧密结合，如果用提高离子浓度片仍然与核基质紧密结合，如果用提高离子浓度的方法来抽提掉这部分染色质碎片，势必会造成的方法来抽提掉这部分染色质碎片，势必会造成核基质结构发生变化，甚至可能会引起结构重排核基质结构发生变化，甚至可能会引起结构重排n而用甲醛或者而用甲醛或者sulfo-NHS修饰组蛋白和核基质蛋白修饰组蛋白和核基质蛋白的氨基后，核基质蛋白与染色质之间的相互作用的氨基后，核基质蛋白与染色质之间的相互作用力（静电力）消失，从而使得染色质在生理（或力（静电力）消失，从而使得染色质在生理（或等渗）条件下即可直接释放出来等渗）条件下即可直接释放出来n由氨基修饰法得到完整、精细的核基质结构，不由氨基修饰法得到完整、精细的核基质结构，不仅有力地证实了核基质网架的存在，而且非常适仅有力地证实了核基质网架的存在，而且非常适合于超微结构和生化成分分析方面的研究。

合于超微结构和生化成分分析方面的研究9/5/2024132专题七核基质的结构与组成n很明显，由于使用氨基修饰法制备的核基质几很明显，由于使用氨基修饰法制备的核基质几乎能把所有的乎能把所有的DNA(﹥95%DNA(﹥95%）去除，因此它不适）去除，因此它不适用于进行与核基质结合的特殊用于进行与核基质结合的特殊DNADNA序列（序列（MARMAR））的研究 9/5/2024133专题七核基质的结构与组成4 LIS 抽提法抽提法nLIS(lithium diiodosalicylate/3,5-二碘水杨酸锂）抽提法最先二碘水杨酸锂）抽提法最先由由Mirkovitch和和Laemmli于于19841984年提出它被广泛应用于与年提出它被广泛应用于与核基质结合的特殊核基质结合的特殊DNADNA序列的研究序列的研究n其主要特点在于利用促溶剂和去垢剂其主要特点在于利用促溶剂和去垢剂LISLIS代替盐溶液来抽代替盐溶液来抽提通过对提通过对HelaHela细胞核基质广泛而深入的研究，发现用细胞核基质广泛而深入的研究，发现用LISLIS抽提法得到的核基质与盐抽提法得到的核基质在多肽抽提法得到的核基质与盐抽提法得到的核基质在多肽图谱和生化组成方面都非常相似。

图谱和生化组成方面都非常相似n其主要过程为：细胞核经匀浆分离出来后，进行其主要过程为：细胞核经匀浆分离出来后，进行37℃37℃热稳热稳定或定或4℃4℃硫酸铜孵育以稳定细胞核，再置于内含硫酸铜孵育以稳定细胞核，再置于内含25 mMol/L 25 mMol/L LISLIS的低盐抽提缓冲液中以抽提大部分组蛋白离心后，的低盐抽提缓冲液中以抽提大部分组蛋白离心后，沉淀用消化缓冲液洗涤以去除沉淀用消化缓冲液洗涤以去除LISLIS随后用限制性内切酶随后用限制性内切酶（EcoRI、Hand III、Xhol等）消化在消化过程中轻轻匀等）消化在消化过程中轻轻匀化分散沉淀，使之形成形态完整的残余核骨架悬浮液然化分散沉淀，使之形成形态完整的残余核骨架悬浮液然后通过离心，核基质与释放出来的后通过离心，核基质与释放出来的DNADNA分离，大约有分离，大约有70%70%的的DNADNA溶于上清液中溶于上清液中 9/5/2024134专题七核基质的结构与组成n用用LISLIS和和EDTAEDTA处理后的细胞其染色质更易被核酸酶消化，处理后的细胞其染色质更易被核酸酶消化，同时所得到的核基质含有大量的同时所得到的核基质含有大量的hnRNAhnRNA。

在制备过程中，在制备过程中，组蛋白被去除后可造成染色质延展成组蛋白被去除后可造成染色质延展成DNADNA环，但这种环，但这种DNADNA环环在复制起始位点处仍紧密地结合在核基质上在复制起始位点处仍紧密地结合在核基质上n研究发现：高盐条件（如研究发现：高盐条件（如2 Mol/L NaCI2 Mol/L NaCI）会导致附着于核）会导致附着于核基质上的基质上的DNADNA环结合位点的滑动甚至发生重排而环结合位点的滑动甚至发生重排而LISLIS抽提抽提法采用了更温和的方式抽提核基质，从而很好地保存了原法采用了更温和的方式抽提核基质，从而很好地保存了原来的结构来的结构nMirkovitch和和Laemmli采用采用LISLIS抽提法已经成功地发现了一抽提法已经成功地发现了一个高度非随意环组织和活跃基因转录区，并鉴定了一个结个高度非随意环组织和活跃基因转录区，并鉴定了一个结合位点家族，同时也首次发现了保留在核基质上的特异合位点家族，同时也首次发现了保留在核基质上的特异DNADNA序列，即核基质结合元件（序列，即核基质结合元件（MARMAR）这种结合元件为）这种结合元件为300-l000bp300-l000bp核苷酸序列，富含核苷酸序列，富含ATAT（超过（超过70%)70%)，是，是DNADNA环结环结合核基质的位点。

但合核基质的位点但LISLIS抽提法得到的核基质含有较高水抽提法得到的核基质含有较高水平的平的DNADNA和组蛋白，而且不管是否采用和组蛋白，而且不管是否采用37℃37℃或或CuSOCuSO4 4稳定化稳定化步骤或者是否改变步骤或者是否改变LISLIS的浓度，均得到与高盐抽提法明显的浓度，均得到与高盐抽提法明显不同的核基质的超微结构，很难辨认其中的精细网架因不同的核基质的超微结构，很难辨认其中的精细网架因此此LISLIS抽提法不适用于核基质形态学方面的研究抽提法不适用于核基质形态学方面的研究 9/5/2024135专题七核基质的结构与组成5 电洗脱法电洗脱法n电洗脱法最早由电洗脱法最早由Jackson和和Cook于于19851985年提出它广年提出它广泛应用于与核基质相关的泛应用于与核基质相关的DNADNA复制和转录等方面的研复制和转录等方面的研究其最大特点是用琼脂糖包埋细胞和用电洗脱究其最大特点是用琼脂糖包埋细胞和用电洗脱（（electro-elution)的方法来去除染色质的方法来去除染色质n电洗脱法的主要过程是：细胞先用电洗脱法的主要过程是：细胞先用0.5%0.5%琼脂搪包埋成琼脂搪包埋成微珠，直径约微珠，直径约50μm50μm。

再用含再用含TritonX-100的等渗缓冲的等渗缓冲液处理已包埋的细胞，冰上平衡后，用等渗缓冲液洗液处理已包埋的细胞，冰上平衡后，用等渗缓冲液洗三遍，大部分脂质和胞浆中的可溶蛋白从微珠上的小三遍，大部分脂质和胞浆中的可溶蛋白从微珠上的小孔散失Eco RI和和Hae III 33℃ 33℃平衡平衡15 min15 min后，染色后，染色质被消化成质被消化成10kb10kb左右的片段然后在等渗缓冲液中用左右的片段然后在等渗缓冲液中用0.8%0.8%琼脂搪凝胶进行电洗脱，以去除不与核基质相连琼脂搪凝胶进行电洗脱，以去除不与核基质相连的那部分染色质组分，得到一个广泛交联的纤维网架的那部分染色质组分，得到一个广泛交联的纤维网架结构结构 9/5/2024136专题七核基质的结构与组成n研究表明：电洗脱法得到的核基质的超微结构研究表明：电洗脱法得到的核基质的超微结构以及生化组成等与盐抽提法相似以及生化组成等与盐抽提法相似n由于细胞用琼脂糖包埋后，琼脂糖有足够大的由于细胞用琼脂糖包埋后，琼脂糖有足够大的孔径让分子量小于孔径让分子量小于1.5x101.5x108 8道尔顿的营养物质道尔顿的营养物质包括生长因子进出，因此细胞还处于生长与代包括生长因子进出，因此细胞还处于生长与代谢活性状态之中。

谢活性状态之中n利用这一点进行放射性标记或免疫标记等操作，利用这一点进行放射性标记或免疫标记等操作，非常适合于模拟体内研究核基质与非常适合于模拟体内研究核基质与DNADNA复制和复制和转录的关系转录的关系 9/5/2024137专题七核基质的结构与组成n细胞核和染色质在等渗条件下往往会发生聚集，细胞核和染色质在等渗条件下往往会发生聚集，故以往制备核基质时经常在非等渗条件下处理故以往制备核基质时经常在非等渗条件下处理细胞，但这又往往会造成核基质结构的崩解或细胞，但这又往往会造成核基质结构的崩解或重新聚集重新聚集n电洗脱法把细胞包埋成琼脂糖微珠，然后再在电洗脱法把细胞包埋成琼脂糖微珠，然后再在等渗缓冲液下进行溶胀细胞膜就可以很好地进等渗缓冲液下进行溶胀细胞膜就可以很好地进免这个问题免这个问题n但电洗脱法也存在着不足之处因为通过电洗但电洗脱法也存在着不足之处因为通过电洗脱的手段不可能完全去除染色质（大约保留脱的手段不可能完全去除染色质（大约保留25%)25%)，电镜下观察发现保留的染色质遮盖了大，电镜下观察发现保留的染色质遮盖了大部核心纤维，故不适合于核基质的形态学研究部核心纤维，故不适合于核基质的形态学研究。

9/5/2024138专题七核基质的结构与组成n早在早在6060年代，年代，Fawectt D就提出了就提出了Nuclear matrix这这一概念，但由于受到研究方法、条件以及认识上一概念，但由于受到研究方法、条件以及认识上的局限，核基质的研究在后来的较长一段时间一的局限，核基质的研究在后来的较长一段时间一直未能取得突破直未能取得突破n然而随着核基质研究方法不断地创新与发展，人然而随着核基质研究方法不断地创新与发展，人们不但充分地证实了核基质作为细胞核内一个独们不但充分地证实了核基质作为细胞核内一个独立结构体系的存在，而且已完全确信核基质在生立结构体系的存在，而且已完全确信核基质在生命信息的枢纽命信息的枢纽————细胞核中围绕着基因表达调控细胞核中围绕着基因表达调控所扮演角色的重要性所扮演角色的重要性n目前人类基因组计划正加速向前推进，随之生命目前人类基因组计划正加速向前推进，随之生命科学的前沿也大路步地挺进到了后基因组时代科学的前沿也大路步地挺进到了后基因组时代在这一形势面前，加强对核基质进行研究的重要在这一形势面前，加强对核基质进行研究的重要性和迫切性也益发显现完全可以预料，今后有性和迫切性也益发显现。

完全可以预料，今后有关核基质方面的研究将会取得突破性进展关核基质方面的研究将会取得突破性进展 9/5/2024139专题七核基质的结构与组成。