摘要：为探究单个核小体是否蕴含3D基因组结构信息，研究人员开展相关研究。他们发现核小体的凝聚性与基因表达及A/B区室化紧密相关，这一成果为了解基因组结构形成提供关键线索，有助于深入研究细胞分化、疾病发生等过程。

生物通

2025年05月08日 12:53广东

为探究单个核小体是否蕴含3D基因组结构信息，研究人员开展相关研究。他们发现核小体的凝聚性与基因表达及A/B区室化紧密相关，这一成果为了解基因组结构形成提供关键线索，有助于深入研究细胞分化、疾病发生等过程。

真核生物的基因组如同复杂的 “拼图”，被包装成核小体，并进一步形成常染色质和异染色质，分别对应于A和B区室。然而，尽管目前对基因组结构有不少了解，但背后的生物物理驱动力却鲜为人知，比如单个核小体是否具备形成大规模结构（如A/B区室）和局部结构（如启动子、增强子处）的信息，这一问题亟待解答。

为了揭开这些谜团，美国约翰霍普金斯大学医学院、波士顿儿童医院等多个研究机构的研究人员展开了深入研究。这项研究成果于5月7日发表在《Nature》杂志上，为我们了解基因组的结构形成带来了新的曙光。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是Condense-seq技术，该技术能够在全基因组范围内以单核小体分辨率测定凝聚性；其次运用了染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq），用于分析染色质状态和组蛋白修饰；此外，他们还通过染色质聚合物模拟来探究核小体相互作用与基因组结构的关系。

单个核小体凝聚性的测定

研究人员利用多种DNA和核小体凝聚剂（包括多胺、钴六胺等）诱导天然核小体的体外凝聚。通过Condense-seq技术，他们发现染色体上已知划分到A区室的区域凝聚性低，B区室的区域凝聚性高。并且，凝聚性与基因表达呈显著负相关，在启动子附近尤其明显，且具有细胞类型依赖性。例如，在H1人类胚胎干细胞（H1-hESC）中，基因表达与凝聚性的相关系数为-0.8。

核小体编码 A/B 区室的证据

研究表明，核小体凝聚性与A/B区室得分在染色体范围内呈负相关。通过染色质聚合物模拟，仅输入凝聚性信息，就能重现A/B区室，这意味着天然核小体本身具备许多用于大规模A/B区室化的生物物理属性。

遗传和表观遗传基础

通过分析，研究人员发现凝聚性与AT含量、某些组蛋白修饰（如H3K36me3、H3K9me3等）密切相关。利用合成核小体PTM文库，他们发现除磷酸化外，大多数单一修饰会降低凝聚性，泛素化作用最为显著。同时，研究还证实组蛋白修饰在决定基因组核小体凝聚性中起主要作用。

3D基因组与静电作用

研究人员发现，多种离子凝聚剂诱导的染色体范围凝聚性与基因表达均呈负相关，且相互之间凝聚性具有较强相关性，这进一步表明核小体间的静电相互作用是大规模基因组区室化的主要驱动力。

多胺缺失的影响

在小鼠T细胞实验中，敲除或抑制鸟氨酸脱羧酶（ODC）导致多胺缺失后，核小体凝聚性发生过度极化（hyperpolarization），即高凝聚性的核小体变得更高，低凝聚性的变得更低。这不仅影响整体基因组区室化，还导致局部染色质紊乱，尤其是发育相关基因，进而可能影响细胞分化。

这项研究揭示了天然核小体核心颗粒编码的生物物理信息，这些信息对于大规模结构（如A/B区室）和局部结构（如启动子和增强子）至关重要。研究结果还表明，细胞内可能并不形成30-nm纤维，且单个核小体的内在凝聚性为染色体结构提供了生物物理背景。

此外，研究人员还探讨了凝聚性与基因表达的因果关系，认为细胞可能通过调节启动子核小体的凝聚性来调控基因表达。

这些结果为了解基因组结构形成的基本机制提供了关键见解，有助于深入研究细胞分化、发育以及疾病发生过程中的基因组变化。同时，研究多胺在基因组结构中的作用，也为相关疾病的治疗提供了潜在的靶点。

参考文献

Native nucleosomes intrinsically encode genome organization principles

来源：营养和医学