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核质互作

/nucleo-cytoplasmic interaction/
条目作者郑月茂

郑月茂

最后更新 2023-08-16
浏览 287
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细胞内的细胞核与细胞质间的相互作用。又称核质相互作用。

英文名称
nucleo-cytoplasmic interaction
又称
核质相互作用
所属学科
生物学

细胞的性状(形态、代谢活性、生理活动等的表现和方式等)是由核内的基因通过对包括酶在内的各种蛋白质的合成来控制的。但核的活性同时要受到作为其环境的细胞质的很大影响。通过用原生动物、卵、黏菌类和藻类等将一个细胞分隔为一半有核和一半无核的实验,用原生动物、多细胞动物的卵进行的核移植实验,以及由细胞融合所做的杂种细胞的实验,已充分了解到不仅核对细胞质有影响,细胞质对核的生理活动及形态也有显著的影响。

真核生物的细胞被分离为不同的区域,这些区域由不能通过分子的膜包绕,从而为细胞活动的空间调控提供了基础。由于蛋白质是在细胞质中合成的,合成后的蛋白质需在细胞内运输到各自的功能区域,包括从胞质内通往各细胞器的运输。而且胞质与细胞核之间也要进行广泛的物质交流,把这种物质的交流称核质运输。

在两栖类动物的体细胞核移植实验中发现当体细胞移入到卵胞质中时,卵胞质中有很明显的蛋白质输入至移植核中的现象。这一现象与核膨胀及体细胞核中异染色质显著下降相一致。而且,体细胞核中在移植前转录活跃的核糖体RNA(rRNA)一到卵胞质中后,核仁消失,rRNA基因静息;随着重构胚的发育,rRNA基因重新活跃,并伴随着核仁重现。在胞质蛋白输入到体细胞核的同时,有大约75%的原来存在于核中的蛋白质自核输出至胞质。因此体细胞移植到卵母细胞的重新编程过程涉及染色质成分的大量交换。

在卵母细胞生发泡(germinal vesicle; GV)未破时移入体细胞核,核重塑效率不高。一旦把GV弄破,则核的重塑效率大增,这反映了在卵母细胞GV中含有许多帮助重塑的成分,这些成分包括分子伴侣(molecular chaperone),如核质蛋白。这两个分子伴侣都介导核心组蛋白DNA的转移以及核小体的组装。核质蛋白将体细胞连接组蛋白从体细胞核移去。这些连接组蛋白在胚胎发育过程中阻抑基因表达,它们的去除将有利于胚胎从分化状态向多能甚至全能状态逆转。

能量依赖的染色质解聚过程对于核的重新编程也是需要的,这些能量依赖的过程可能涉及促使有丝分裂染色体凝聚的引擎分子,如DNA聚合酶等。这些分子的作用都有赖于核质运输。核质关系对重组胚发育的影响主要表现在两方面:一是维持重构胚染色体的正常倍数;二是诱导已分化的供核去分化、重编程及恢复全能性。体细胞核移入卵中的重新编程的特点是对遗传潜力建立限制的生化变化发生逆转,这种逆转的效率很大程度上决定了核移植重构胚后来的发育。

正常受精情况下,早期胚胎发育主要是由卵母细胞中贮存的母源性RNA和蛋白质控制的。一定时期后,在合子钟的调控下,合子核开始控制基因的表达,重新转录的RNA和合成的蛋白质将逐渐取代母源性的RNA和蛋白质,合子核从时间和空间上完全控制着胚胎的发育。由母型基因调控向合子型基因调控的顺利过渡是动物早期胚胎进一步正常发育的必要内在条件之一。核移植的重构胚和正常胚胎一样,其发育过程也存在由母型基因调控向合子型基因调控的过渡。体细胞核在重构胚中要恢复到合子期状态,必须经历结构和功能上的转变,这种变化过程称为核重建。体细胞核在重构胚中发生去分化,使在体细胞中被关闭、在正常胚胎发育中表达的基因重新被激活,这一过程叫核重编程。(见核重建核重编程

处于有丝分裂各时期的细胞核被植入卵母细胞后,移植核在受体卵细胞质作用下,所发生的一系列形态和功能的变化,如核仁分散、染色质凝聚、核膜破裂、染色质解凝聚、新的核膜重建、移植核的急剧膨胀等。

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