大量的遺傳物質(zhì)必須被裝入每個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核——一個(gè)很小的隔間。生物學(xué)中大的挑戰(zhàn)之一是如何理解這種高度包裝的DNA的某些區(qū)域可以被調(diào)用，從而編碼在它們中的基因可以被“打開”或表達(dá)并用于RNA和蛋白質(zhì)。

卡內(nèi)基大學(xué)、新竹揚(yáng)大學(xué)和約翰霍普金斯大學(xué)的生物學(xué)家小組在分子細(xì)胞中發(fā)表的新研究揭示了這一過程，他們的發(fā)現(xiàn)對(duì)某些與年齡有關(guān)的疾病和器官衰退有所啟示。

細(xì)胞核，細(xì)胞的DNA被兩層膜包圍著。一些細(xì)胞的DNA被包裝在核內(nèi)部，而一些則被包裝在核的外圍。被稱為層粘連蛋白的絲狀蛋白形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將細(xì)胞核外圍的DNA連接到核膜上。

層粘連蛋白在進(jìn)化上是保守的，它們有幾個(gè)重要的作用，包括維持細(xì)胞核的形狀和通過感知細(xì)胞的需求來影響基因表達(dá)，就像細(xì)胞管家一樣。層粘連蛋白的突變或細(xì)胞中存在的層粘連蛋白的量的變化與動(dòng)物發(fā)育缺陷相關(guān)，包括人類疾病如過早衰老、某些神經(jīng)病、心臟缺陷和與年齡相關(guān)的器官衰退。

由于層粘連蛋白與在核外圍發(fā)現(xiàn)的DNA相互作用，許多科學(xué)家認(rèn)為，如果除去層粘連蛋白網(wǎng)，它只會(huì)影響存在于核膜附近的DNA的折疊和包裝。

但卡內(nèi)基的鄭義賢領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)研究小組表明，當(dāng)細(xì)胞缺乏層粘連蛋白時(shí)，核外圍DNA包裝方式的改變會(huì)改變核內(nèi)部DNA片段的結(jié)構(gòu)位置。

鄭解釋說:“初人們認(rèn)為層粘連蛋白只會(huì)影響細(xì)胞核外圍DNA編碼基因的表達(dá)，但包括我們自己的報(bào)告表明，沒有層粘連蛋白或與層粘連蛋白相關(guān)突變的細(xì)胞在細(xì)胞核DNA中的基因表達(dá)發(fā)生了變化。”。

通過深入分析缺乏層粘連蛋白的細(xì)胞核中發(fā)生的DNA相互作用，研究小組證明層粘連蛋白在整個(gè)細(xì)胞核中維持DNA片段的相對(duì)位置。當(dāng)基因的位置由于層粘連蛋白相關(guān)突變或?qū)诱尺B蛋白缺失而改變時(shí)，基因不會(huì)正確地“打開”或“關(guān)閉”。這就解釋了為什么核旁的蛋白質(zhì)會(huì)影響整個(gè)核內(nèi)基因的表達(dá)。

已知層粘連蛋白在胚胎發(fā)育過程中構(gòu)建器官，并在生命后期維持器官和組織功能。我們發(fā)現(xiàn)有趣的一個(gè)方面是，我們現(xiàn)在知道層粘連蛋白對(duì)DNA組織和基因表達(dá)的廣泛影響可以幫助解釋這些關(guān)鍵層粘連蛋白功能是如何實(shí)現(xiàn)的。

接下來，研究小組希望確定層粘連蛋白如何感知細(xì)胞的需求，以幫助基因表達(dá)，因?yàn)檫@種理解對(duì)于了解層粘連蛋白相關(guān)的衰老和疾病至關(guān)重要。