电荷失衡驱动生理条件下盐优化的核小体相分离

染色质的液-液相分离（LLPS）有助于基因组组织，并通过调控基因组可及性来控制基因表达。尽管在识别促进染色质凝聚的环境条件方面已取得进展，但启动凝聚体形成的特定分子相互作用，以及DNA力学性质和表观遗传修饰如何调控由此产生的相互作用网络的物理机制，仍不清楚。在此，我们利用一种残基分辨率的粗粒化蛋白质-DNA模型，在多样的离子和结构条件下模拟核小体相互作用。我们的模拟揭示了依赖盐浓度的非单调相分离行为，其中最佳核小体凝聚发生在生理盐条件下。这种行为源于核小体具有电荷不平衡的多两性电解质特性，从而驱动局部蛋白质-DNA吸引与整体DNA-DNA排斥之间的竞争。我们进一步证明，核小体DNA的构象柔性促进DNA从组蛋白核心上的解缠绕，从而增强组蛋白-DNA相互作用并促进凝聚体形成。最后，我们表明，组蛋白H3和H4尾部的乙酰化显著削弱核小体间相互作用，并增加凝聚体内核小体的动力学活性。综上，我们的研究在微观分子相互作用与宏观材料性质之间建立了定量联系，为理解力学约束与表观遗传修饰如何协同调节基因组架构提供了新的见解。

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电荷不平衡驱动生理条件下盐优化的核小体相分离

Irene Silvernail， 查看 ORCID 个人资料 Yang Zhang， Xun Chen， 查看 ORCID 个人资料 Xingcheng Lin

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.08.737367

Irene Silvernail 1 北卡罗来纳州立大学； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本站搜索该作者

Yang Zhang 1 北卡罗来纳州立大学； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本站搜索该作者 Yang Zhang 的 ORCID 记录

Xun Chen 2 莱斯大学 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本站搜索该作者

Xingcheng Lin 1 北卡罗来纳州立大学； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本站搜索该作者 Xingcheng Lin 的 ORCID 记录

通讯作者： xingcheng_lin{at}ncsu.edu

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摘要

染色质的液-液相分离（LLPS）有助于基因组组织，并通过调控基因组可及性来控制基因表达。尽管在识别促进染色质凝聚的环境条件方面已取得进展，但启动凝聚体形成的具体分子相互作用，以及 DNA 力学性质和表观遗传修饰如何调控由此产生的相互作用网络的物理机制，仍不清楚。在此，我们利用一种残基分辨率的粗粒化蛋白质-DNA模型，模拟了不同离子和结构条件下的核小体相互作用。我们的模拟揭示了非单调的盐依赖性相分离行为，其中最佳的核小体凝聚发生在生理盐条件下。该行为源于核小体作为电荷不平衡聚两性电解质的本质特性，这一特性驱动了局部蛋白质-DNA吸引与整体DNA-DNA排斥之间的竞争。我们进一步证明，核小体 DNA 的构象柔性促进了 DNA 从组蛋白核心上的解缠绕，从而增强了组蛋白-DNA相互作用并促进凝聚体形成。最后，我们表明，组蛋白 H3 和 H4 尾部的乙酰化会显著降低核小体间相互作用，并增加凝聚体内核小体的动力学活性。综上所述，我们的研究建立了微观分子相互作用与宏观材料性质之间的定量联系，为理解力学约束和表观遗传修饰如何协同调节基因组结构提供了新的见解。

利益冲突声明

已声明资助信息

北卡罗来纳州立大学启动基金 美国国家科学基金会，MCB-2540505 北卡罗来纳州立大学遗传学与基因组学学院种子基金 北卡罗来纳州立大学比较医学研究所种子基金

版权

本预印本的。 本文依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议 提供。

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发表于 2026 年 7 月 13 日。

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电荷不平衡驱动生理条件下盐优化的核小体相分离

Irene Silvernail， Yang Zhang， Xun Chen， Xingcheng Lin

bioRxiv 2026.07.08.737367； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.08.737367

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Irene Silvernail， Yang Zhang， Xun Chen， Xingcheng Lin

bioRxiv 2026.07.08.737367； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.08.737367

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.08.737367v1?rss=1

🏷️ 核小体相分离 染色质凝聚 生理盐条件 蛋白质-DNA相互作用 组蛋白乙酰化 粗粒化模拟