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人体拥有数百种不同的细胞类型，而且它们都拥有相同的 DNA。如今，在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学的研究人员证实在所有细胞核中发现的核纤层蛋白A（lamin-A）在干细胞分化过程中发挥着一种关键性作用。相关研究论文刊登在了近期出版的《科学》（Science）杂志上。
lamin-A 是一种在所有成体细胞核中发现的蛋白。这种绳状的蛋白在细胞核中所含有的DNA周围形成一道保护网。
作为一种自我组装的纤维， lamin-A 在遭受牵拉时变得坚硬起来。因为这种坚硬会更好地抵抗周围细胞的拉力，所以研究人员猜测这样一种蛋白将在诸如骨骼、软骨和肌肉之类的组织中更为丰富，这是因为这些组织需要保持坚硬以便抵抗日常活动导致的压力和拉力。
为了确定 lamin-A 在不同细胞类型之间如何发生变化，研究人员获取来自小鼠和人的组织细胞，将它们破碎，并进行质谱分析以便对很多蛋白组分进行定量。
研究人员随后研究了检测到的多种蛋白的数量与源组织之间是否存在关联。因为已知胞外基质特别在诸如骨和软骨之类的坚硬组织中大量存在，所以他们期待观察到诸如胶原蛋白之类的基质蛋白与源组织存在关联。然而，他们也发现证据支持他们的假设：从更为柔远的组织到更为坚硬的组织中，细胞核内的 lamin-A 水平也相应地显著性增加。
在特别柔软的组织如大脑和骨髓中，另一种绳状蛋白核纤层蛋白B(lamin-B)要比 lamin-A 更为丰富。然而， lamin-A 在更为坚硬的组织中占优势地位。比如， lamin-A 在骨组织中的水平几乎比大脑中的水平高30倍。
Discher研究团队对来自这些多种组织的单个细胞核进行机械应力测试，并证实较高水平的 lamin-A 与更高的DNA保护和增加的坚硬性相关联。在研究具有野生型和突变型 lamin-A 的细胞核时，他们揭示出一种磷酸化过程在调节 lamin-A 水平上发挥着重要作用。
Discher说，“当细胞分裂时，它们分裂了它们的DNA，但是它们必须首先溶解DNA周围的核纤层蛋白网，而这是通过磷酸化完成的。如今，我们知道的是组织细胞利用这种过程调节核纤层蛋白水平以便适应细胞核遭受的应力。”
研究人员还证实 lamin-A 通过表观遗传机制来调节基因表达，它能够在细胞核内附着某些转录因子。
lamin-A 控制的一些转录因子与一种关键性的维生素A代谢物视黄酸相关联，但是这反过来也能够调节 lamin-A 产生。这就提示着一种反馈回路有助促进细胞核硬度增加。
Discher研究团队在体外实验中对这种反馈回路进行了测试。
Ivanovska说，“我们提取出间充质干细胞，并让它们在柔软的和坚硬的基质上培养，随后利用视黄酸相关的化合物和RNA干扰来改变它们的 lamin-A 产生水平。”
通过加入合适的视黄酸化合物到在如骨一样的坚硬基质上培养的间充质干细胞中，这些干细胞经诱导后能够产生更多的骨组织，但是当利用RNA干扰沉默 lamin-A 时，在坚硬基质上的骨组织产生受到抑制。
Swift说，“当我们敲降在类似脂肪组织的柔远基质上培养的间充质干细胞中的 lamin-A 时，我们增加脂肪组织产生。 lamin-A 具有扩大分化的效果。”
综上所述，这项研究系统性证实 lamin-A 、组织坚硬性和促进分化的环境信号之间存在关联，从而为开发出更有效的再生医学技术和更好的医学靶标铺平道路。考虑到 lamin-A 在衰老和疾病中的作用，操纵它的水平可能在人类疾病中发挥着广泛的重要作用。