核基质的化学组成和功能

1974年初，美国布里扎尼（Ronald Berezney）等用非离子去垢剂、核酸酶消化和高盐缓冲溶液处理分离纯化的大鼠肝细胞核，当提取核膜、染色质和核仁时，他们发现在细胞核中仍然有一个以纤维蛋白为主的网状结构，他们将这种网状结构命名为核基质（nuclear matrix）。这些网状结构在结构上与核纤层和核孔复合体有关，并与核仁染色质的结构和功能密切相关。

在电镜下，核基质为以纤维蛋白为主的纤维网状结构，分布于整个细胞核中。这些网状结构由不同厚度、直径3～30 nm的纤维组成。纤维单体的直径为3～4 nm，较粗的纤维可能是单体纤维的复合体。

核基质主要由90%以上的蛋白质和少量的RNA组成。RNA虽然含量小，但对于维持核基质三维网络结构的完整性来说是必需的。有研究发现，核基质经RNase酶切后其网状结构变得稀疏，核基质纤维的三维结构发生了明显改变。因此，RNA可能在核基质纤维网状结构的连接中发挥作用。

与细胞质骨架主要由特定的蛋白质组分组成不同，核基质蛋白在不同的细胞类型和生理状态下存在显著差异，这也与提取和提取基质组分的方法、步骤和盐溶液有关。双向电泳显示核基质蛋白有200多种，可分为两大类：一类是核基质蛋白，相对分子质量在40～60 kDa之间，其中大部分是纤维蛋白，也含有硫蛋白，这是各种类型细胞所共有的；另一类是核基质结合蛋白，与细胞的类型、分化程度和生理、病理状态有关。

近年的研究表明，核基质可能参与DNA复制、基因转录、hnRNA加工、染色质DNA有序包装和构建等生命活动。

（1）核基质参与DNA复制

核基质上锚定有DNA复制复合体。实验表明，核DNA袢环与DNA复制有关的酶和相关因子锚定在核基质上，形成DNA复制复合体，进行DNA复制。DNA聚合酶在核基质上可能具有特定的结合位点，通过结合在核基质上而被激活。有人认为，核基质可能是DNA复制的空间支架。

核基质上还能结合新合成的DNA。有研究表明，DNA半袢环是通过其特定位点结合在核基质上的，该特定位点的核苷酸序列被称为核基质结合序列。核基质结合序列富含AT，通过与核基质相互作用调节基因的复制与转录。(https://www.daowen.com)

在DNA复制的原始模型中，DNA聚合酶与DNA复制的起始点结合，沿着模板移动，合成新的DNA。事实上，当高度纯化的DNA在体外复制时，DNA的复制效率非常低，复制错误率非常高。而在含有核基质组分的非洲爪蟾卵母细胞提取物的非细胞系统中进行DNA复制，DNA的高效复制表明核基质可能为DNA的精确高效复制提供良好的空间支架。

（2）核基质与基因转录活性密切相关

用雌激素刺激鸡输卵管细胞中卵清蛋白基因的表达，发现只有活跃转录的卵清蛋白基因与核基质结合。许多实验表明，具有转录活性的基因与核基质结合，只有与核基质结合的基因才能被转录。

核基质也与hnRNA的加工密切相关。hnRNA的加工过程通常以RNA蛋白复合物的形式进行。核糖核酸蛋白复合物经过RNase处理后，其余的蛋白质可以组装成一个核基质样的纤维网络。推测核基质参与了RNA转录后的加工和修饰。

（3）核基质参与染色体构建

在染色质组装的骨架-放射环模型中，由30 nm染色质细丝折叠而成的袢环锚定在核基质上，每18个袢环呈放射状排列，结合在核基质上构成微带，再由微带沿核基质形成的轴心支架构成染色单体。骨架-放射环模型说明核基质可能对于间期核内DNA有规律的空间构型起维系和支架作用，参与DNA超螺旋化的稳定过程。

（4）核基质与细胞分化有关

核基质的发达程度与RNA合成能力和细胞分化程度密切相关。分化程度高的细胞RNA合成能力强，核基质发达。核基质结构和功能的改变会使基因选择性转录活性发生改变，从而导致细胞分化。