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染色質(zhì)在細胞核內(nèi)的三維空間分布對基因表達調(diào)控、DNA復制和DNA損傷修復等生命基本活動至關重要。但是，傳統(tǒng)的Hi-C技術僅能測量染色質(zhì)片段間的相互作用頻率，無法直接提供染色質(zhì)形成的高級結(jié)構(gòu)在細胞核內(nèi)的物理定位信息，限制了科研人員對染色質(zhì)空間組織形式及調(diào)控機制的理解。

近日，中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）研究人員開發(fā)了新型染色質(zhì)構(gòu)象捕獲技術Radial-C，實現(xiàn)了對染色質(zhì)相互作用沿細胞核徑向軸（從核邊緣到核中心）的精準定位，揭示了不同轉(zhuǎn)錄因子可“集體”調(diào)控染色質(zhì)的徑向分布。

該研究利用微球菌核酸酶在細胞核內(nèi)的連續(xù)擴散特性，通過精確控制酶的擴散與消化時間（1分鐘、5分鐘、20分鐘），構(gòu)建了覆蓋核邊緣到核中心的染色質(zhì)互作圖譜。結(jié)合染色質(zhì)互作頻率，研究進一步構(gòu)建了“徑向得分”體系，將染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)定位到細胞核的徑向軸上。研究發(fā)現(xiàn)，染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)沿細胞核徑向軸呈現(xiàn)多樣性——核外圍區(qū)域富集沉默的異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，核內(nèi)部區(qū)域富含活躍的染色質(zhì)，如染色質(zhì)環(huán)和核斑結(jié)構(gòu)等。研究同時發(fā)現(xiàn)，染色質(zhì)環(huán)的擠壓方向與其內(nèi)部區(qū)域的徑向定位存在關聯(lián)。

染色體間相互作用來源復雜，通常是Hi-C研究的“禁區(qū)”，其生物學功能鮮有報道。該研究通過“徑向得分”，篩選出由徑向上相互鄰近的染色質(zhì)形成的染色體間相互作用，發(fā)現(xiàn)它們與染色體內(nèi)相互作用表現(xiàn)出幾乎一致的活躍染色質(zhì)/異染色質(zhì)的區(qū)室化特征（A/B compartments），證明A/B區(qū)室分離是染色質(zhì)的內(nèi)在保守屬性且與互作對象無關。

該研究通過急性干擾多種轉(zhuǎn)錄因子在染色質(zhì)上的結(jié)合，發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)相互作用減弱通常伴隨兩個互作位點沿徑向軸分離。這提示，染色質(zhì)相互作用不僅僅是兩個互作位點在細胞核內(nèi)相互鄰近的結(jié)果，其本身也能夠作為作用力參與調(diào)控染色質(zhì)在細胞核內(nèi)的空間定位。

這一研究繪制了錨定細胞核物理坐標的染色質(zhì)互作圖譜，揭示了多個轉(zhuǎn)錄因子共同塑造染色質(zhì)空間構(gòu)象的調(diào)控機制，為探討發(fā)育、疾病中基因組結(jié)構(gòu)的變化提供了新的研究工具并奠定了理論基礎。

8月29日，相關研究成果發(fā)表在《科學進展》（Science Advances）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。

論文鏈接

Radial-C方法的原理與基本流程