2.4 Lamins, nuclear lamina, and nuclear mechanics

Lamins and their associated proteins form a dense meshwork (nuclear lamina) along inner nuclear membrane.は、核内膜に沿った高密度の網目構造を形成している。 ラミナは内核膜タンパク質、核膜孔複合体、核内部と相互作用している。 ラミンはV型中間フィラメントであり、2つのクラスに分類される。 (1) A型ラミンは、LMNA遺伝子が交互にスプライシングされ、ラミンA、Cおよびいくつかのより少ない量のアイソフォームを生成する。 (2) B型ラミンは、LMNB1およびLMNB2遺伝子がコードし、それぞれラミンB1およびB2/B3を生成する。38 A型ラミンおよびラミンB1、B2がほとんど全ての体細胞で発現するのに対し、ラミンB3は生殖細胞に限定的に発現している。 ラミンAおよびB型ラミンは、C末端でファルネシル化およびエンドプロテオティック切断などの広範な翻訳後修飾が行われる。 一方、ラミンAは、Zmpste24というタンパク質によってファルネシル化された尾部が除去され、成熟ラミンAになる。 成熟したラミンAとラミンCは疎水性のファルネシル化尾部を欠き、核形質と核膜の両方に存在する47

半減期約13時間のラミンは、安定したフィラメントに集合する48。 38 二量体は頭から尻尾まで結合した後、横方向に反平行に集合し、最終直径が約10 nmの非極性フィラメントを形成する。 哺乳類細胞の透過型電子顕微鏡写真では、核膜の下に厚さ25-50nmの高密度なタンパク質層として見ることができる。 しかし、Xenopus卵母細胞の電子顕微鏡写真では、厚さ約10nmの架橋フィラメントの正方格子からなるラミン構造を示している49,50。このため、二量体とプロトフィラメントの横方向の相互作用が、正しい高次構造を維持するために重要であると考えられている。 数学的モデリングに基づくと、ヘプタッドの正しい巻き方向は、「解凍」とそれに続く隣接するストランドへの接着を可能にするために重要であると思われる51。突然変異は、誤った組み立てや結合による安定性の増加または減少をもたらすかもしれない52。 53-56

生体内のラミンのフィラメントと構造的アセンブリについてはまだいくつかの疑問があるが、核の剛性と安定性に寄与する核ラミンの重要性は明白に確立されている。 浸透圧で膨張させてクロマチンと核ラミンを分離することができる単離したXenopus卵子核のマイクロピペット吸引実験に基づいて、ラミンネットワークの弾性率は≈25 mN/mである57。比較のために、好中球の細胞膜の弾性率は≈ 0.03 mN/m 、軟骨細胞および内皮細胞膜の弾性率は≈ 0.5 mN/m 58である。 様々な実験的アプローチを用いて、核の硬さは、特定の細胞の種類と測定方法に応じて、周囲の細胞質よりも2～10倍硬いことが決定されている16,59,60 核膜（すなわち。 核膜の寄与を区別するために、核膜（核膜と核ラミナ）と単純な脂質二重膜の溶解歪みを比較すると、核膜の溶解歪みは標準的な二重膜システムのそれより 12 倍高く、核膜の安定化の影響が強調されている57。 同様に、蛍光色素を生きた細胞の核に注入すると、ラミンA/Cを欠く細胞は、野生型細胞と比較して核の破裂率が劇的に増加した61

核に構造的完全性を与えるというラミンのこの重要な役割を考えると、核力学に対する異なるタイプのラミンの貢献度は何であろうか。 B型ラミンは異なる細胞種や組織でほぼ均等に発現しているのに対し、ラミンA/Cの発現は組織特異性が高い。 例えば、筋肉細胞やその他の間葉系細胞は、通常A型ラミンの発現レベルが最も高い。62,63 最近の研究では、異なる組織におけるA型とB型のラミンの比率は、組織の硬さと密接に相関しており、ラミンレベルのメカノセンシティブな制御を示唆していることがわかった62。 A型とB型の両方のラミンを発現している細胞では、ラミンAとCが核の安定性に大きく寄与しており、B型ラミンは核全体の硬さにはあまり関与していない64。それでも、ラミンの間には力学特性に関して何らかの機能的重複がある可能性がある。 例えば、ラミンBをラミンA欠損細胞に導入すると、機械的欠陥が部分的に救済される。65 さらに、B型ラミンは、特に脳の神経細胞の移動/発生時に、これらの細胞がA型ラミンを欠いているので、細胞骨格への核の固定に重要である66-69

同様に、胚性幹細胞も分化を始めるまではA型ラミンを発現していない。 いったん幹細胞が減少すると、その核の硬さは未分化状態に比べて最大で6倍まで増加する。 68,70 胚幹細胞、好中球、神経細胞におけるA型ラミンの欠如は、これらの細胞が発生や炎症時に密集した組織や間質を移動できるようにするため、移動を促進すると考えられる71。 例えば、顆粒球形成期におけるラミンA/Cレベルの低下とそれに伴うラミンB受容体（LBR）の発現増加は、成熟好中球のはっきりとした高度にローブ化した核形状を促進する。15 さらに、ラミンAレベルが低いと核の変形性が高くなり、好中球が狭い空間を容易に通り抜けることができる。 同様に、ラミンA/Cレベルの調節はまた、他の造血細胞タイプのトラフィッキング及び系統成熟を調節する可能性がある72

ラミン発現における変化に加えて、ラミンの翻訳後修飾はさらに核力学に影響を与え得る。 ラミンのファルネシル化やリン酸化はラミンの溶解度、相互作用、局在性を変えるため、これらの翻訳後修飾は、機械的刺激に対応して核の硬さを動的に調整する方法を細胞に提供するかもしれない62>。