简介
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作者介绍
《环球科学》杂志社：由中国科学技术协会主管，其出版的科普期刊《环球科学》是《科学美国人》授权中文版。《科学美国人》（Scientific American）是全球科学家智慧与卓越见解的分享之地，创刊170多年来，超过160位诺贝尔奖得主在此发表文章，传播科学理念及前沿科技领域的发展动态。《科学美国人》也是常被大众媒体、研究机构和政府报告引用的杂志。在欧洲及美国，国家科技顾问、政策制定者、企业决策者一直把《科学美国人》作为科学和商业决策的重要参考。
部分摘录：
细胞核的建筑学 撰文│ 梅琳达·温纳·莫耶（Melinda Wenner Moyer）
翻译│ 冯志华
细胞核是被精细组装在一起的：为了适应细胞核内的狭小空间，人类基因组中32亿个碱基对序列被压缩了40万倍。基因在这里相互作用，并在一定机制下被翻译为蛋白质。如果核结构一塌糊涂的话，疾病缠身是免不了的。
曾经数年来，细胞核就像是生物学中的黑匣子，科学家对它的结构及运行方式知之甚少。不过在新型可视化技术的帮助下，生物学家开始了实时探索细胞核结构的征程。他们发现，随着人们的年龄、健康状况或需求发生改变，细胞核的结构亦随之而变。事实上，染色体、核糖核酸（RNA）、蛋白质复合体和其他一些小体等核内组分的结构，在生物学上的重要性丝毫不亚于这些组分本身。
细胞核是被精细组装在一起的，这一点儿也不令人吃惊。人类基因组中30亿个碱基对序列被压缩了40万倍，以适应细胞核内的狭小空间。然而基因还必须在这里相互作用，并在一定机制下被翻译为蛋白质。细胞核的结构在历史上很难研究，因为科学家不得不借助电子显微镜或抗体染色剂，这些方法得到的仅仅是某个时刻的静态图像。然而，在20世纪90年代，生物学家开始利用绿色荧光蛋白在活体细胞内实时观察核内组分，就像是在放电影。“一图胜千言，不过我总喜欢说，一场这样的电影，胜过万千言语。”美国冷泉港实验室的细胞生物学家戴维·L. 斯佩克特（David L. Spector）如是说。
绿色荧光蛋白
是最初从维多利亚多管水母中提取并分离出的一种具有绿色荧光的蛋白质，分子质量为26千道尔顿，由238个氨基酸构成，第65～67位氨基酸（丝氨酸、酪氨酸、甘氨酸）形成发光团，是主要发光的位置。绿色荧光蛋白基因转化入宿主细胞后很稳定，对多数宿主的生理无影响，是常用的报道基因。
夜间活动的老鼠的细胞核，活性基因（绿色）分布在核的边缘。
白昼活动的花鼠的细胞核，活性基因分布在核的中央。
不同活性的基因存在于细胞核的不同部位，这是科学家借助这种方法获得的首批发现之一。染色体上的DNA压缩区域包含一些沉默基因，即本身具有蛋白编码功能，但因为某些原因暂时不能转录的基因，一般位于外围。有活性的基因则待在宽敞的细胞核中央，或许在这里，基因可以更便利地共享转录时所需的资源。但美国国家癌症研究所的细胞生物学家汤姆·米斯特利（Tom Misteli）提出：“生物学现象大都并不绝对，人们发现过例外。”有时候活性基因会待在外围，而沉默基因则占据中央。
染色体间的相对位置也定位得非常精细。老鼠的嗅觉细胞中包含1,300个嗅觉受体亚型，但每个细胞中仅有一个被激活。在2006年发表的一篇文章中，研究者利用荧光标签证明，一个受体只有在与14号染色体的某一特定部位发生直接接触时才会被激活。米斯特利说道：“在三维空间中，两条彼此中意的染色体走到一起‘深情一吻’，基因的表达就是这样得到调控的。”在拥有两条X染色体的女性细胞中，这种“深情一吻”似乎还在确定哪条X染色体被关闭方面发挥了作用，因为通常只有一条X染色体保留有活性。
核结构的改变会极大地影响细胞功能。2009年4月，德国慕尼黑大学的生物学家托马斯·克雷默（Thomas Cremer）和鲍里斯·约菲（Boris Joffe）注意到，夜间活动的老鼠似乎具有与正常情况下相反的视网膜视杆细胞核结构——被压缩的DNA位于核中央，压缩程度较弱的部分则位于外围。约菲表示，他们无法解释这一现象，最终只能“得出这么一个不可思议的想法——这或许与视觉有关”。这些研究者比较了38个物种的视杆细胞细胞核后发现：傍晚和黎明时活跃的动物，视杆细胞细胞核结构与正常情况相反；白昼期间活跃的动物，视杆细胞核结构则更加正常。约菲认为，与正常情况相反的核结构似乎可以让光的散射降到最低，有助于动物在黑暗环境中看得更清楚，不过个中原因当时尚不明了。
衰老与疾病也与核结构的改变相关。一般而言，细胞变老时，存储于细胞核边缘地带的压缩DNA开始向中央逐渐迁移。2008年，米斯特利及其同事在《细胞生物学杂志》上发表了一份研究报告。他们鉴定出4个癌症相关基因，当乳腺细胞变成癌细胞时，这些基因会改变位置。核结构还会影响患病风险。当染色体彼此太过靠近时，染色体易位现象发生的概率就会增加，而这一现象有可能引发癌症。更奇怪的是，癫痫症发作后，X染色体会更加靠近核中央。
染色体易位
指两条非同源染色体同时发生断裂，所形成的断裂片段移至另一条染色体断端，并连接形成新染色体。
没有人知道，核结构的这些改变是衰老和疾病的起因还是结果，甚或两种情况都有。但无论如何，用米斯特利的话来说，“如果核结构一塌糊涂的话，疾病缠身是免不了的”。他还预期，或许有一天，审视细胞核的状况可以用来诊断疾病以及与衰老相关的问题。
细胞核最初如何组装而成，这仍旧是一个未解之谜。是分子支架以确定的方式牵引着细胞核的组分，还是基因组的活性通过随机方式影响这些组分的定位情况？这两种理论都有证据支持。斯佩克特指出，RNA或许在其中扮演了重要角色。2008年3月，他和同事一起鉴定出了一种名为paraspeckle（哺乳动物细胞核内的一种RNA－蛋白质复合体）的结构，它有助于将细胞核的各个组分组装起来。无可置疑的是，控制细胞核组装的机制将是多变和复杂的。正如斯佩克特描述的那样：“生物学领域的事情，并不像黑与白那样泾渭分明。”