細胞核是真核細胞遺傳資訊的物理區室和調控中樞。從核孔的選擇性運輸到染色質的三維組織，核的生物學連結了結構生物學、表觀遺傳學和基因體學等多個前沿領域。
核孔複合體的結構與功能
NPC 的結構解析（Bui et al., 2013, Cell 的冷凍電鏡重構）揭示了其八重對稱性和「三環」架構（cytoplasmic ring, inner ring, nuclear ring）。中央通道直徑約 40-50 nm，FG-nucleoporins 的苯丙胺酸-甘胺酸（FG）重複區域形成選擇性屏障——「selective phase」模型（Hülsmann et al., 2012, Cell）認為 FG-nups 形成凝聚相（cohesive hydrogel 或 polymer brush），importin/exportin-cargo 複合體因與 FG 重複的交互作用而能穿越，大的惰性分子則被排除。
Ran GTPase 循環提供了核質運輸的方向性：RCC1（RanGEF，核內）維持高 Ran-GTP 濃度，RanGAP1（核外）水解 Ran-GTP 為 Ran-GDP。Import cycle：importin-cargo 透過 NPC → 核內 Ran-GTP 結合 importin → cargo 釋放 → Ran-GTP-importin 輸出至細胞質 → RanGAP 水解。Export cycle 則相反——Ran-GTP 在核內促進 exportin-cargo 結合，在細胞質被 RanGAP 水解後 cargo 釋放。
染色質的三維基因體學
Hi-C 技術（Lieberman-Aiden et al., 2009, Science）革命性地揭示了染色質在核內的三維組織層次：
A/B 區室（compartments）：基因體分為活化的 A 區室（euchromatin, gene-rich, nuclear interior）和抑制的 B 區室（heterochromatin, gene-poor, nuclear periphery/nucleolar periphery）
拓撲關聯域（TADs, Topologically Associating Domains）：平均大小 ~1 Mb 的基因體區段，域內互動頻率遠高於域間。Nora et al.（2012, Nature）和 Dixon et al.（2012, Nature）同時報導了 TADs。CTCF（CCCTC-binding factor）和 cohesin 在 TAD 邊界富集——loop extrusion 模型（Fudenberg et al., 2016, Cell Reports）提出 cohesin 像「馬達」沿著 DNA 擠出環（loop），直到遇到正確方向的 CTCF 結合位點而停止。
增強子-啟動子迴圈（enhancer-promoter loops）：特定基因的增強子透過 DNA 環化與其啟動子直接接觸。活細胞成像（如 ANCHOR/ParB 系統和 CRISPR-dCas9 成像）開始揭示這些互動的動態特性。
核被膜與疾病（Nuclear Lamina and Laminopathies）
核纖層（nuclear lamina）由 A 型和 B 型 lamin 組成的中間絲網絡，貼附於內核膜。Lamin A 由 LMNA 基因編碼，其突變導致一系列「核纖層病」（laminopathies）：
- 早年衰老症（Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome）：LMNA 的 G608G 同義突變啟動異常剪接，產生截短的 progerin 蛋白，導致核形態異常和加速衰老（Eriksson et al., 2003, Nature）
- Emery-Dreifuss 肌肉萎縮症：LMNA 或 EMD（emerin）突變
- 擴張型心肌症：特定 LMNA 突變
核被膜蛋白透過 LINC 複合體（SUN-KASH domain proteins）將核骨架與細胞骨架物理連接（Crisp et al., 2006, Journal of Cell Biology），形成「核-細胞骨架力學連續體」，使機械力可從細胞外部傳遞至染色質，影響基因表達——這是機械轉導（mechanotransduction）的分子基礎。
相分離與核體（Nuclear Bodies）
核仁、PML bodies、Cajal bodies 和 nuclear speckles 等核體是無膜的凝聚體（condensates），由液-液相分離（LLPS）驅動形成。Brangwynne et al.（2011, PNAS）證明核仁具有液態特性。Hnisz et al.（2017, Cell）提出超級增強子（super-enhancers）可能透過轉錄因子和 Mediator 的 LLPS 形成轉錄凝聚體，集中轉錄機器以驅動高水平基因表達——儘管這一模型仍在激烈討論中（Boija et al., 2018, Cell；McSwiggen et al., 2019, eLife 提出了相反觀點）。