哺乳动物基因组中分布着间距规则的核小体岛

核小体定位在调控DNA可及性和细胞活动方面发挥着基础性作用，然而，哺乳动物序列通过何种精确规则指导这种组织形式，迄今仍未得到完整阐明。既往研究已证实，内在的序列偏好决定了酵母中的核小体结构；但在哺乳动物中，这种序列编码还会受到染色质状态和细胞类型特异性因子的调节。在本研究中，我们利用小鼠胚胎干细胞的全基因组图谱训练了一种深度学习模型，以直接根据DNA一级序列预测核小体占据情况。该模型能够准确预测体内核小体占据情况，捕捉共同的生物学信号，同时有效去除检测方法特异性的技术偏差。通过计算机模拟诱变，我们鉴定出特异性的核小体定位区域，这些区域由长度为5至20个碱基对的短基序构成，并集中分布于密集的调控窗口中。此外，我们证明，重复性DNA元件在基因组尺度上形成这些高度有序的核小体阵列过程中发挥着重要作用。具体而言，嵌入短散在核元件中的CCCTC结合因子基序、长散在核元件中由锌指蛋白结合的基序，以及微卫星重复序列，均可作为核小体相位排列的强效组织因子。总体而言，我们的研究将序列编码的核小体结构这一概念拓展至哺乳动物基因组，并揭示出，规则间隔的核小体岛由一组短小且反复出现的DNA基序塑造，这些基序将局部序列与染色质结构联系起来。

核小体定位在调控DNA可及性和细胞活动中发挥着基础性作用，然而，哺乳动物序列指导这一组织过程的精确规律仍未得到完整阐明。既往研究已证实，内在的序列偏好决定了酵母中的核小体结构；但在哺乳动物中，这种序列编码会受到染色质状态和细胞类型特异性因子的调节。在本研究中，我们利用小鼠胚胎干细胞的全基因组图谱训练了一种深度学习模型，以直接根据DNA一级序列预测核小体占据情况。该模型能够准确预测体内核小体占据情况，捕捉共同的生物学信号，同时有效去除检测方法特异性的技术偏差。通过计算机模拟诱变，我们鉴定出若干特异性的核小体定位区域；这些区域由长度为5至20个碱基对的短基序构成，并集中分布于高密度调控窗口内。此外，我们证明，重复性DNA元件在基因组尺度上建立这些高度有序的核小体阵列过程中发挥着重要作用。具体而言，嵌入短散在核元件中的CCCTC结合因子基序、长散在核元件中由锌指蛋白结合的基序，以及微卫星重复序列，均可作为核小体相位排列的强效组织因子。总体而言，我们的研究将序列编码的核小体结构这一概念拓展至哺乳动物基因组，并揭示出：规则间隔的核小体岛由一组短小且反复出现的DNA基序塑造，这些基序将局部序列与染色质结构联系起来。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.30.755582v1?rss=1

🏷️ 核小体定位 染色质结构 DNA序列编码 深度学习预测 重复性DNA元件