JCB：细胞核硬度可固定干细胞和癌细胞

在2014年2月24日的《Journal of Cell Biology》上发表的一项研究中，宾夕法尼亚大学的研究人员表明，通过微米级孔隙的细胞迁移，受lamin-A（核纤层蛋白A）的调节。

　　

生物通报道：成人干细胞和癌细胞有许多共同之处，包括迁移通过组织中微小空隙的能力。当提到这种能力时，这两种类型的细胞都经历了一种权衡；与一个更硬的胞核相比，弹性的胞核使细胞更容易迁移，但保护核DNA的能力较差。因此，调节胞核硬度的核蛋白，被认为能够控制像组织修复和肿瘤生长这样的不同过程。
    在2014年2月24日的《Journal of Cell Biology》上发表的一项研究中，宾夕法尼亚大学的研究人员表明，通过微米级孔隙的细胞迁移，受lamin-A（核纤层蛋白A）调节。lamin-A是与构成头发的纤维蛋白非常相似的一种核蛋白。
    他们还表明，细胞在迁移的机械应力下的生存能力，取决于称为“热休克因子（heat shock factors）”的蛋白。利用一种抑制热休克反应的抗癌药物，他们发现，这种药的有效性依赖于对细胞侵袭性迁移的抑制能力。
如果干细胞生物学家和癌症临床医生考虑到lamin-A在增加胞核硬度中的作用，就可以解释“为何在显微镜下静态组织样本中的细胞核形状如此多样化”。细胞核通常是圆形，但也有多裂状或大大拉长的；在细胞挤压胞核通过一个狭窄的孔隙后，高的lamin-A水平往往会产生更多的扭曲形状。
    工程与应用科学学院的化学和生物分子工程系教授Dennis Discher称：“如果我们能够更清楚地了解，核内lamin-A会对细胞爬过微小开口的能力产生什么影响，那么我们就可以为阻止癌症扩散或使干细胞长成组织时保持正确位置，开发更好的核定向治疗。”
    研究人员在永生化人类癌细胞以及人类供体来源的间充质干细胞中开展了实验，这些细胞广泛应用于组织修复的临床试验中。研究人员在细胞中抑制或过表达lamin-A，然后将所得的两种细胞放在一片薄的多孔板上。研究人员将血清添加到多孔板底部的腔室内，促使细胞推拉和挤压其胞核通过孔隙。

    研究人员在显微镜下观察到，能够通过薄板的那些细胞，只有极少过表达lamin-A。在lamin-A被强烈抑制的部位，还有细胞死亡。最成功迁移通过薄板孔隙的细胞，只含有比正常细胞略少的lamin-A。
    本文的第一作者Takamasa Harada说：“具有极低水平lamin-A的细胞迁移减少，这特别令人惊讶。所以我们测量了各种胞核的物理硬度，证实具有低水平lamin-A的细胞，其胞核更软。具有更硬胞核的细胞，很明显不能推拉胞核通过孔隙，而全部较软的胞核则可以更容易地迁移通过，这就提出了一个悖论。”
    为了解析具有更软胞核的细胞数量的矛盾减少，研究人员注意到，多孔板底部的细胞能够打开细胞死亡的标记，而在薄板上部的细胞中则没有这种标记，lamin-A越低，死亡细胞的数量就越多。当一个细胞挤压其胞核通过小的孔隙时，可触发细胞死亡，当lamin-A水平很低时更是如此。
    Discher指出：“lamin-A的适度降低，可使更多的细胞迁移和生存。但是，当lamin-A过低时，死亡就会占迁移的上风。狭窄的孔隙就变成了DNA的酷刑室。我们被这种情况所困扰，并分析了数百种蛋白质以查找线索，发现当lamin-A很低时，缺乏另一个应激反应路径。众所周知，热休克蛋白会在高温应力时开启，来保护DNA和细胞的其余部分，当人为降低lamin-A时，从某种程度上也关闭了潜在的基因电路。”
    研究人员表明，用抑制热休克蛋白的药物处理具有正常lamin-A水平的细胞，与减少lamin-A水平产生了相同的效果。本研究结果，可使我们更好地了解胞核硬度和抗逆性的作用，也能够巩固其它的治疗方法。
    Discher表示：“以前的确没有研究显示，干细胞和癌细胞的胞核对于细胞运输具有如此重要的作用。而且，既然在小鼠中进行的人类肿瘤生长研究，证实了我们的一些细胞培养观察结果，那么，这种物理机制肯定也适用于人类组织。胞核的硬度是一种属性，也能够帮助干细胞锚定在其小生境中，直到组织受损释放细胞为止。”（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Nuclear lamin stiffness is a barrier to 3D migration, but softness can limit survival
Abstract：Cell migration through solid tissue often involves large contortions of the nucleus, but biological significance is largely unclear. The nucleoskeletal protein lamin-A varies both within and between cell types and was shown here to contribute to cell sorting and survival in migration through constraining micropores. Lamin-A proved rate-limiting in 3D migration of diverse human cells that ranged from glioma and adenocarcinoma lines to primary mesenchymal stem cells (MSCs). Stoichiometry of A- to B-type lamins established an activation barrier, with high lamin-A:B producing extruded nuclear shapes after migration. Because the juxtaposed A and B polymer assemblies respectively conferred viscous and elastic stiffness to the nucleus, subpopulations with different A:B levels sorted in 3D migration. However, net migration was also biphasic in lamin-A, as wild-type lamin-A levels protected against stress-induced death, whereas deep knockdown caused broad defects in stress resistance. In vivo xenografts proved consistent with A:B-based cell sorting, and intermediate A:B-enhanced tumor growth. Lamins thus impede 3D migration but also promote survival against migration-induced stresses.