細胞核基質(zhì)的基本特征

1．核基質(zhì)的一般形態(tài)結(jié)構(gòu)

要在電鏡下觀察到核基質(zhì)，一般的方法為生化抽提技術(shù)加上整裝樣品電鏡技術(shù)，方可清晰地顯示核骨架一核纖層一中間纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。

由蛋白纖維構(gòu)成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)充滿核內(nèi)的整個空間．殘存的核仁被包圍在該網(wǎng)架中。核纖層由中間纖維蛋白構(gòu)成，位于內(nèi)層核膜下方，核基質(zhì)的纖維網(wǎng)架與核纖層有著廣泛的結(jié)構(gòu)。核基質(zhì)纖維粗細不均，直徑可為3～30nm，推測其纖維單體的直徑是3～4nm，較粗的纖維直徑呈3nm的倍數(shù)，提示為單纖維的聚合體。

2．核基質(zhì)的化學(xué)成分

由于提取方法和所用鹽溶液的不同，在電泳上顯示的核基質(zhì)蛋白成分有相當(dāng)?shù)牟町?。核基質(zhì)成分較為復(fù)雜，不像細胞質(zhì)骨架和核纖層那樣簡單，不同類型細胞，其細胞周期不同階段以及正常與癌變細胞的核基質(zhì)成分都可能有所差別。已檢測出的核基質(zhì)成分有10多種．相對分子質(zhì)量為40～60 kD，多數(shù)是非組蛋白成分，其中相當(dāng)一部分為含硫蛋白質(zhì)。二琉鍵對核基質(zhì)完整性起極為重要的作用，破壞二硫鍵可引起核基質(zhì)的瓦解。

由于核基質(zhì)蛋白成分常與一部分DNA和RNA有緊密的結(jié)合，與RNA的結(jié)合對于維持核骨架三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性是必要的，與少量DNA的結(jié)合是一種功能性結(jié)合，所以有人認為核基質(zhì)成分應(yīng)該說是一類核蛋白。常見的核基質(zhì)蛋白有下列幾種：

(1)核基質(zhì)蛋白，相對分子質(zhì)量大于50k1)，主要定位于核基質(zhì)，且呈現(xiàn)纖維顆粒樣分布。很可能是核基質(zhì)上DNA襻環(huán)的結(jié)合蛋白。

(2)Nuc2+蛋白，Nuc2+蛋白存在于核基質(zhì)以及染色體支架中。相對分子質(zhì)量為76kD，有一個結(jié)構(gòu)域與富含AT的DNA序列有特異的親和性。Nuc2+蛋白能在體外自我組裝，是一種具有聚合能力的酸性結(jié)合蛋白質(zhì)。Nuc2+蛋白可能在有絲分裂期染色體分離過程中起重要作用。

(3)核內(nèi)肌動蛋白，有報道在間期細胞核內(nèi)發(fā)現(xiàn)肌動蛋白，這些核基質(zhì)中的肌動蛋白可能與mRNA前體的加工過程有關(guān)，如果向細胞核內(nèi)注射抗肌動蛋白抗體及肌動蛋白結(jié)合蛋白，能抑制細胞核內(nèi)的mRNA的轉(zhuǎn)錄。

(4)附著區(qū)結(jié)合蛋白，與骨架結(jié)合的DNA序列(簡稱MAR)往往是富含AT的DNA序列．長度：300～1000bp。是一種MAR結(jié)合蛋白，相對分子質(zhì)量為95kD，廣泛存在于各種組織中，不具有組織特異性。通常特異性地與DNA襻環(huán)兩端的序列結(jié)合，將其錨定在核基質(zhì)上，以形成DNA襻環(huán)。

(5)DNA拓撲異構(gòu)酶Ⅱ，是間期的核基質(zhì)和分裂期染色體骨架的重要成分之一。

3．核基質(zhì)結(jié)合蛋白

近年陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些核骨架結(jié)合蛋白，又稱核基質(zhì)結(jié)合蛋白，是一些與DNA和RNA代謝密切相關(guān)的酶類、細胞信號識別和細胞周期的調(diào)控因子以及病毒特異性的調(diào)控蛋白，緊密地結(jié)合在核基質(zhì)結(jié)構(gòu)上，協(xié)助核基質(zhì)蛋白共同完成核基質(zhì)網(wǎng)架的構(gòu)建和生物學(xué)功能。

4．核基質(zhì)的功能

一般認為，核基質(zhì)為細胞核內(nèi)組分布局提供了一個結(jié)構(gòu)支架，細胞核內(nèi)許多重要的生命活動與核基質(zhì)有關(guān)。

(1)核基質(zhì)與DNA復(fù)制原核細胞的DNA復(fù)制是結(jié)合在細胞膜上進行的。近年來研究表明真核細胞中DNA復(fù)制與核膜沒有直接的關(guān)系，更無專一的結(jié)合位點，復(fù)制中的DNA均結(jié)合在核基質(zhì)上，并且DNA復(fù)制所必需的DNA聚合酶和DNA拓撲異構(gòu)酶Ⅱ都可能在核基質(zhì)上有特定的結(jié)合位點。DNA襻環(huán)的根部結(jié)合在基質(zhì)纖維上，DNA以襻環(huán)的形式通過核基質(zhì)結(jié)合序列與DNA拓撲異構(gòu)酶Ⅱ的結(jié)合錨定到核基質(zhì)上，調(diào)控DNA的復(fù)制。與DNA復(fù)制有關(guān)的酶及調(diào)控因子與DNA襻環(huán)共同錨定于核基質(zhì)上形成DNA復(fù)制復(fù)合體，進行DNA復(fù)制合成。

近年來證實，真核細胞中的DNA聚合酶結(jié)合于核基質(zhì)上，通過結(jié)合于核基質(zhì)上而被激活。所以可以認為，在真核細胞中核基質(zhì)是DNA復(fù)制的空間支架。

(2)核基質(zhì)與基因表達 在細胞核這樣的小小的空間內(nèi)容納基因要有序表達，必須在時空上進行有序的調(diào)節(jié)，在一定時間內(nèi)只有極少數(shù)基因活躍表達，其他基因暫時處于關(guān)閉狀態(tài)。在鳥類和哺乳動物細胞中，具有轉(zhuǎn)錄活性的基因是結(jié)合在核基質(zhì)上的，基因只有結(jié)合在核基質(zhì)上才能進行轉(zhuǎn)錄。具有轉(zhuǎn)錄活性的基因兩端存在MAR序列，可以經(jīng)DNA拓撲異-構(gòu)酶Ⅱ結(jié)合到核基質(zhì)上，并且MAR序列的存在可增加基因的轉(zhuǎn)錄活性。核基質(zhì)是DNA-的轉(zhuǎn)錄位點,RNA的合成是在核基質(zhì)上進行，RNA聚合酶在核基質(zhì)上具有結(jié)合位點。另外,RNA的剪切加工與運輸也是在核基質(zhì)上進行，mRNA前體(hnRNA)與核基質(zhì)的相結(jié)合，hnRNA上的特異性片段poly A可能是hnRNA在核基質(zhì)上的附著點。

(3)核基質(zhì)和細胞癌變有些癌細胞如肝細胞的核基質(zhì)結(jié)構(gòu)很不規(guī)則，而且其蛋白組成l與正常細胞核基質(zhì)有顯著不同。腫瘤細胞核常呈異常的形態(tài)結(jié)構(gòu)，與核基質(zhì)結(jié)構(gòu)及其蛋白組成的異常密切相關(guān)。有實驗證明，癌基因是結(jié)合在核基質(zhì)上才能轉(zhuǎn)錄。一些致癌物、促癌劑能緊密與核基質(zhì)結(jié)合，并通過核基質(zhì)發(fā)揮其致癌、促癌作用。某些抑制癌細胞增殖的藥物可能通過干擾基質(zhì)的DNA拓撲異構(gòu)酶II起作用的。