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.2020年3月5日；7(8):1901222.
doi:10.1002/advs.201901222。 电子采集2020年4月。

细胞核的统一线性粘弹性模型定义了层压板和染色质的力学贡献

奥伦·温特纳 1 2, 尼维·赫施·阿塔斯 1, 米里亚姆·施洛斯伯格 1, 范妮·布罗夫曼 1, 罗伊·弗里德曼 2, 梅塔尔·库维瓦泽 三, 丹尼·基茨伯格 1, Amnon Buxboim公司 1 2
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细胞核的统一线性粘弹性模型定义了层压板和染色质的力学贡献

奥伦·温特纳等。 高级科学（Weinh）. .

摘要

细胞核经常受到外力的作用。在后生动物进化过程中，细胞核经过优化，允许物理变形，同时在负载下保护基因组。异常的细胞核力学可以改变癌转移和免疫反应中细胞在狭窄空间的迁移，并破坏细胞核的机械敏感性。揭示层粘连蛋白和染色质的机械作用对于理解生理力对细胞和细胞核的影响至关重要。产生了层粘连蛋白敲除和拯救成纤维细胞以及对生理相关应激的探测核反应。提出了一个最小粘弹性模型，该模型可以捕获不同细胞类型、层粘连组成、磷酸化状态和染色质凝聚的动态阻力。该模型在低载荷和高载荷下保持不变，并通过微吸管抽吸和纳米压痕流变学进行了验证。出现了一个时间尺度，它将主要的弹性状态和主要的粘性状态分开。虽然层粘连蛋白A和层粘连蛋白质B1有助于细胞核硬度，但粘度主要由层粘连物质A决定。转录和蛋白质组分析支持层粘连蛋白酶B1和层粘着蛋白A的弹性和粘性关联。除非层粘连蛋白A表达，否则电子显微镜定量的染色质去凝聚会软化细胞核。提供了一个机械框架，用于评估核对健康和疾病中施加的力的反应。

关键词：核层粘连蛋白；核力学；核力学生物学。

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利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

图1
图1
细胞核在短时间内对粘弹性固体和长时间内对黏弹性流体等作用力作出响应：a）恒压下将细胞核吸入吸管（内径6µm）的典型延时图像。b） 绘制了i）野生型和层粘连蛋白敲除细胞的蠕变顺应性动力学，ii）TKO细胞中的层粘连蛋白拯救，以及iii）HDACi处理的细胞。响应施加的应力（在t吨=0），原子核经历瞬时弹性拉伸，随后发生接近稳态粘性流的粘弹性变形。（ii‐插图）蠕变顺应性曲线的放大突出了A型救援和B1型救援细胞核之间的差异。c） 蠕变柔度曲线由四元素Burgers模型拟合（b中的实线；R平方拟合>0.99）。WT：野生型。阿科：Lmna淘汰赛。TKO：三层蛋白基因敲除。S22D和S22A：分别将层粘连蛋白A丝氨酸22拯救为天冬氨酸和丙氨酸磷酸模拟位点突变。HDACi：组蛋白脱乙酰酶抑制剂。Lamin‐AB1：拯救层粘连蛋白-A和层粘连肽-B1共表达。
图2
图2
细胞核的粘弹性特征：a‐i）Burgers元件的粘度和弹性水平，以及ii）所有MEF细胞的层粘连-KO细胞（相对于WT，左）、层粘连拯救细胞（相对于TKO，中）和HDACi处理细胞（相对于未处理细胞，右）的对数倍比。b） 同样，i）粘弹性响应时间τ和稳态弹性k个 装货单以及对数倍变化。n个=每种情况下10至20个单元格。误差线是95%拟合置信区间。
图3
图3
具有核粘度的拉明-A簇和具有核硬度的拉明-B1的表达谱。四个Burgers元素的标准化z评分曲线绘制在所有MEF细胞核上，以及a）层粘连蛋白mRNA水平（RNA-Seq）和b）层粘连蛋白蛋白水平的z评分曲线（IF、WB和MS的平均值，图S1，支持信息。k_M和µ_M的变化与Lamin‐a/C重叠（绿色）在a-i）RNA和b-i）蛋白质水平。在mRNA和蛋白质水平上，k_KV和µ_KV的变化与Lmnb‐1（棕色）轻微重叠。a‐ii）计算层粘连蛋白基因表达水平和伯格元件之间的皮尔逊相关系数。k_M和µ_M与Lmna的最大相关性以及k_KV和µ_KV与Lmnb1的最大相关性。b‐ii）在蛋白质水平上，主成分分析建立了k_M和µ_M与Lamin‐A/C之间的关联，以及k_KV和µ_KV与Lamin­B1之间的关联。根据Maxwell模块和Kelvin‐Voigt模块，层压板A/C主导塑性变形（橙色），层压板B1主导应力作用下细胞核的弹性变形（绿色）。
图4
图4
浓缩的异染色质由层粘连蛋白稳定，而染色质去凝聚有助于提高细胞核的粘度。a） WT、层粘连蛋白敲除、层粘着蛋白拯救和HDACi处理细胞细胞核的典型透射电子显微照片突出了外周（Per.，绿色箭头）和核质（NP，红色箭头）浓缩染色质的强度和宽度的差异。TKO和HDACi处理的细胞核显示基本水平的浓缩染色质。b） 浓缩染色质水平的盲法评分（三个独立评估者）和c）敲除细胞（相对于WT）、层粘连修复细胞（相对于TKO）和HDACi处理细胞（相对于未处理细胞）的对数2倍比率。d） 将Burgers元件的对数2倍变化绘制为WT（Lamin‐a表达细胞）、AKO和TKO（Lamin-a空细胞）细胞核的核质（左）和外周（右）染色质去凝聚对数2倍的函数。
图5
图5
核的简化粘弹性模型：该简化模型仅捕获了层粘连和染色质的主要粘弹性贡献。顶部：TKO细胞核（顶部）缺乏所有层粘连蛋白，主要由去致密的染色质组成，是柔软的(k个 装货单=============================================================== 150 Pa）类似于mES和iPS核，且粘度相对较低（μM（M）=============================================================== 2300 帕 s） ●●●●。层粘连蛋白A或层粘连蛋白质B1的表达使细胞核变硬，而染色质去凝聚使缺乏层粘连物质A的细胞的细胞核变软（右）。Lamin‐B1仅对稳态刚度有贡献k个 装货单而不是瞬时刚度k个 M（M）左：核粘度μM（M）以层粘连蛋白-A为主（挽救30%层粘连肽-A WT水平导致μ增加≈3.5倍M（M）). 染色质去凝聚也会增加层粘连蛋白A表达细胞核的粘度。lamin-A和lamin-B1的共同表达增加了细胞核的弹性和粘度，并稳定了染色质的凝聚。
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    Kim D、Kim DH。 Kim D等人。 《生物物理学评论》（梅尔维尔）。2023年12月29日；4(4):041305. doi:10.1063/5.0185377。eCollection 2023年12月。 《生物物理学评论》（梅尔维尔）。2023 PMID：38505424 免费PMC文章。 审查。
  • PIGB维持果蝇骨骼肌的核膜组织。
    山本日野M、Ariura M、Tanaka M、Iwasaki YW、Kawaguchi K、Shimamoto Y、Goto S。 Yamamoto-Hino M等人。 细胞生物学杂志。2024年2月5日；223（2）：e202301062。doi:10.1083/jcb.202301062。Epub 2024年1月23日。 细胞生物学杂志。2024 PMID：38261271 免费PMC文章。
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    Akinpelu A、Akinsipe T、Avila LA、Arnold RD、Mistriotis P。 Akinpelu A等人。 癌症转移评论2024年1月19日。doi:10.1007/s10555-024-1066-x。打印前在线。 《癌症转移评论》2024。 PMID：38238542 审查。
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    Walther BK、Sears AP、Mojiri A、Avazmohammadi R、Gu J、Chumakova OV、Pandian NKR、Dominic A、Martiel JL、Yazdani SK、Cooke JP、Ohayon J、Pettigrew RI。 Walther BK等人。 物质。2023年10月4日；6(10):3608-3630. doi:10.1016/j.matt.2023.08.010。Epub 2023年9月1日。 物质。2023 PMID：37937235
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    Koufi FD、Neri I、Ramazzotti G、Rusciano I、Mongiorgi S、Marvi MV、Fazio A、Shin M、Kosodo Y、Cani I、Giorgio E、Cortelli P、Manzoli L、Ratti S。 Koufi FD等人。 前细胞神经科学。2023年8月31日；17:1263310。doi:10.3389/fncel.2023.1263310。eCollection 2023年。 前细胞神经科学。2023 PMID：37720548 免费PMC文章。 审查。
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    1. Harada T.、Swift J.、Irianto J.、Shin J.‐W.、。，Spinler K.R.、Athirasala A.、Diegmiller R.、Dingal P.C.D.P.、Ivanovska I.L.、Discher D.E.、J.Cell Biol。2014, 204, 669.-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Davidson P.M.、Denais C.、Bakshi M.C.、Lammerding J.、Cell。分子生物学。2014, 7, 293.-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Rowat A.C.、Jaalouk D.E.、Zwerger M.、Ung W.L.、Eydelnant I.A.、Olins D.E.、Olin A.L.、Herrmann H.、Weitz D.A.、Lammerding J.、J.Biol。化学。2013, 288, 8610.-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Denais C.M.、Gilbert R.M.、Isermann P.、McGregor A.L.、te Lindert M.、Weigelin B.、Davidson P.M.，Friedl P.、Wolf K.、Lammerding J.，《科学》2016，352，353。-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Irinto J.、Xia Y.、Pfeifer C R.、Athirasala A.、Ji J.、Alvey C.、Tewari M.、Bennett R.、Harding S.M.、Liu A.J.、Greenberg R.A.、Discher D.E.、Curr。生物年鉴2017，27，210。-项目管理咨询公司-公共医学

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