单分子核小体间距协调染色质纤维相互作用|||北京沫之东生物技术有限公司

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核小体间距会影响体外高阶染色质纤维的组织方式，但这与细胞内染色体结构之间的关系仍存在争议。为解决这一问题，我们开发了单分子序列相互作用连接分析（Ligation Analysis of Single-molecule Sequence Interactions，LASSI），这是一种单分子表观基因组学方法，将邻近连接与接近单核苷酸分辨率的长读长腺嘌呤甲基转移酶足迹分析相结合。LASSI能够在全基因组范围内测量细胞中发生相互作用的染色质片段上的核小体间距模式，从而定量表征染色体在一维和三维层面上的耦合组织。将LASSI应用于小鼠胚胎干细胞（mESCs）后，我们发现了一种全基因组范围的结构模式，并将其命名为“纤维同型性”（fiber homotypy）：具有相似核小体间距模式的染色质纤维在三维空间中更频繁地发生相互作用。该模式在顺式条件下可跨越较长的染色体内距离持续存在，在反式染色体间也同样存在。纤维同型性与基因组距离呈负相关缩放关系，但其方式不同于接触概率，提示其背后存在不同的机制。拓扑相关结构域（TAD）、A/B区室以及共享的组蛋白修饰结构域会进一步促进这一现象，表明这些过程分别具有指导性作用。基于LASSI数据构建的染色质纤维粗粒化分子动力学模拟显示，细胞内沿染色质纤维分布的核小体间距的内在异质性，是调控同型性的关键因素。这种变异性通过调节染色质纤维相互作用的自由能景观，借助特定类型的纤维—纤维相互作用，促进相似一维染色质结构的区室化。进一步将区室化与纤维同型性联系起来，我们证明环挤出会拮抗这一现象。在mESCs中，耗竭cohesin亚基RAD21会在全基因组范围内增强纤维同型性，而耗竭cohesin卸载因子WAPL则会降低纤维同型性，这与其对A/B区室化的影响一致。我们的结果表明，由共享核小体间距模式驱动的纤维—纤维相互作用能够指导高阶染色体组织。此外，我们还揭示了细胞染色质不同长度尺度之间明确的结构相互依赖性，而这种依赖关系很可能受到从核小体定位到环挤出等多种过程的共同调控。

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核小体间距会影响体外高阶染色质纤维的组织，但其与细胞内染色体结构之间的关系仍存在争议。为解决这一问题，我们开发了单分子序列相互作用连接分析（Ligation Analysis of Single-molecule Sequence Interactions, LASSI），这是一种单分子表观基因组学方法，将邻近连接与接近核苷酸分辨率的长读长腺嘌呤甲基转移酶足迹分析相结合。LASSI 能够在全基因组范围内测量细胞中相互作用染色质片段上的核小体间距模式，从而定量表征一维和三维层面上耦联的染色体组织。

将 LASSI 应用于小鼠胚胎干细胞（mESCs）后，我们发现了一种全基因组范围的结构模式，并将其称为“纤维同型性（fiber homotypy）”：具有相似核小体间距模式的染色质纤维在三维空间中更频繁地相互作用。这种模式在顺式条件下可跨越较长的染色体内距离，并且在反式染色体间也同样存在。纤维同型性随基因组距离增加而负向缩放，但其变化方式不同于接触概率，这表明二者由不同机制驱动。拓扑相关结构域（TADs）、A/B 区室以及共享的组蛋白修饰结构域进一步促进了这一现象，提示这些过程各自具有指导作用。

基于 LASSI 信息开展的染色质纤维粗粒化分子动力学模拟表明，细胞中沿染色质纤维分布的核小体间距的内在异质性是调控同型性的关键因素。这种变异性能够调节染色质纤维相互作用的自由能景观，并通过特定类型的纤维—纤维相互作用，促进相似一维染色质结构的区室化。进一步将区室化与纤维同型性联系起来，我们证明环挤出会拮抗这一现象。在 mESCs 中，耗竭 cohesin 亚基 RAD21 会在全基因组范围内增强纤维同型性，而耗竭 cohesin 卸载因子 WAPL 则会降低纤维同型性，这与在 A/B 区室化中观察到的效应一致。我们的结果表明，由共享核小体间距模式驱动的纤维—纤维相互作用对高阶染色体组织具有指导作用。此外，我们还显示出细胞染色质不同长度尺度之间存在明确的结构相互依赖性，而这种依赖性很可能受到从核小体定位到环挤出等多种过程的调节。

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发布于 2026 年 6 月 04 日。

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