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细胞核的大小受到严格调控，并且在发育、细胞分化和衰老过程中，核大小的变化与核功能的改变相关。核大小如何受到调控，以及这种变化是否具有功能相关性，仍不清楚。在此，我们证明，在酵母、人细胞和蛙卵提取物中，细胞核大小由蛋白质所施加的渗透压决定。我们建立的生物物理学模型解决了长期以来关于核质比如何调控和维持这一问题。此外，改变由蛋白质驱动的渗透平衡能够调节细胞核的物理性质，并直接影响染色质组织和基因表达：细胞核增大会导致异染色质结构的溶解，以及亚端粒区域和转座子的去抑制；与此同时，还会下调高表达的管家基因。重要的是，这些全局性转录模式与酵母、人和果蝇细胞增大过程中发生的基因表达变化高度相似。更为重要的是，人为诱导细胞核压缩足以逆转这些与细胞大小相关的表达变化。综上，我们的研究结果为细胞核与细胞大小之间的耦联提供了定量的机制性解释，并确立了细胞核大小作为染色质组织和基因表达调节因子的作用。
1 苏黎世联邦理工学院生物学系生物化学研究所，瑞士苏黎世；苏黎世联邦理工学院“赋予材料生命”倡议，瑞士苏黎世； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Shin Ohsawa 的 ORCID 记录
Gloria Andres Sancho 1 苏黎世联邦理工学院生物学系生物化学研究所，瑞士苏黎世；苏黎世联邦理工学院“赋予材料生命”倡议，瑞士苏黎世； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Gloria Andres Sancho 的 ORCID 记录
Guido Narduzzi 1 苏黎世联邦理工学院生物学系生物化学研究所，瑞士苏黎世；苏黎世联邦理工学院“赋予材料生命”倡议，瑞士苏黎世； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Guido Narduzzi 的 ORCID 记录
Wenshuo Zhao 1 苏黎世联邦理工学院生物学系生物化学研究所，瑞士苏黎世；苏黎世联邦理工学院“赋予材料生命”倡议，瑞士苏黎世； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Wenshuo Zhao 的 ORCID 记录
Dhanashree Lakhe 1 苏黎世联邦理工学院生物学系生物化学研究所，瑞士苏黎世；苏黎世联邦理工学院“赋予材料生命”倡议，瑞士苏黎世； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Dhanashree Lakhe 的 ORCID 记录
Marianna E Estrada 1 苏黎世联邦理工学院生物学系生物化学研究所，瑞士苏黎世；苏黎世联邦理工学院“赋予材料生命”倡议，瑞士苏黎世； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Marianna E Estrada 的 ORCID 记录
Abin Biswas 2 马克斯·普朗克感染生物学研究所，德国柏林；马克斯·普朗克物理与医学中心，德国埃朗根； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Abin Biswas 的 ORCID 记录
Hisashi Moriizumi 3 剑桥大学生物化学系，英国剑桥 CB2 1GA； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Hisashi Moriizumi 的 ORCID 记录
Evgeny Zatulovskiy 3 剑桥大学生物化学系，英国剑桥 CB2 1GA； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Evgeny Zatulovskiy 的 ORCID 记录
Simone Reber 4 马克斯·普朗克感染生物学研究所，德国柏林；柏林应用技术大学，德国柏林 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Simone Reber 的 ORCID 记录
Madhav Jagannathan 1 苏黎世联邦理工学院生物学系生物化学研究所，瑞士苏黎世；苏黎世联邦理工学院“赋予材料生命”倡议，瑞士苏黎世； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Madhav Jagannathan 的 ORCID 记录
Gabriel E Neurohr 1 苏黎世联邦理工学院生物学系生物化学研究所，瑞士苏黎世；苏黎世联邦理工学院“赋予材料生命”倡议，瑞士苏黎世； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本网站搜索该作者 Gabriel E Neurohr 的 ORCID 记录
通讯作者： gabriel.neurohr{at}bc.biol.ethz.ch
摘要
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摘要
细胞核的大小受到严格调控，而在发育、细胞分化和衰老过程中，核大小的变化与核功能的改变相关。核大小如何受到调控，以及这种变化是否具有功能相关性，仍不清楚。在此，我们证明，在酵母、人细胞和蛙卵提取物中，细胞核大小由蛋白质施加的渗透压决定。我们建立的生物物理学模型解决了长期以来关于核质比如何受到调控并得以维持的问题。此外，改变由蛋白质驱动的渗透平衡会调节细胞核的物理性质，并直接影响染色质组织和基因表达：细胞核增大会导致异染色质结构溶解，以及亚端粒区域和转座子的去抑制；与此同时，高表达的管家基因受到下调。重要的是，这些全局转录模式与酵母、人和果蝇细胞增大过程中发生的基因表达变化高度相似。更为重要的是，人为诱导细胞核压缩足以逆转这些与细胞大小相关的表达变化。综上所述，我们的研究为细胞核大小与细胞大小之间的耦联提供了定量的机制性解释，并确立了细胞核大小作为染色质组织和基因表达调节因子的作用。
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蛋白质驱动的胶体渗透压控制细胞核的大小、组织结构和功能
Shin Ohsawa 、 Gloria Andres Sancho 、 Guido Narduzzi 、 Wenshuo Zhao 、 Dhanashree Lakhe 、 Marianna E Estrada 、 Abin Biswas 、 Hisashi Moriizumi 、 Evgeny Zatulovskiy 、 Simone Reber 、 Madhav Jagannathan 、 Gabriel E Neurohr
bioRxiv 2026.09.03.749057； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.03.749057
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蛋白质驱动的胶体渗透压控制细胞核的大小、组织结构和功能
Shin Ohsawa 、 Gloria Andres Sancho 、 Guido Narduzzi 、 Wenshuo Zhao 、 Dhanashree Lakhe 、 Marianna E Estrada 、 Abin Biswas 、 Hisashi Moriizumi 、 Evgeny Zatulovskiy 、 Simone Reber 、 Madhav Jagannathan 、 Gabriel E Neurohr
bioRxiv 2026.09.03.749057； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.03.749057
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.03.749057v1?rss=1
🏷️ 细胞核大小 胶体渗透压 染色质组织 基因表达调控 核质比 生物物理模型