【文献解读】Nature-揭示真核生物细胞核中染色质分离新机制：异染色质驱动倒置核和常规核的分隔.docx

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1、Nature揭示真核生物细胞核中染色质分离新机制：异染色质驱动倒置核和常规核的分隔题目：Heterochromatindrivescompartmentalizationofinvertedandconventionalnuclei期刊：Nature影响因子：41.577主要技术：Hi-C、Cryosections、immunostaining、FISH、microscopy哺乳动物细胞中常染色质和异染色质存在空间上的分离，但区室化的形成机制尚不清楚。本研究对夜行哺乳动物的视杆细胞倒置核进行Hi-C分析并

2、结合显微镜和多聚体模拟，发现异染色质区域间的吸引对建立区室化及着丝粒周边异染色质，可调节性异染色质和常染色质的建立至关重要。倒置细胞核中加入异染色质和核纤层的相互作用可重建传统细胞核中的组织。文章思路研究内容及结果1.常规和倒置核的显微镜观察及Hi-C分析为了研究基因组区室化的机制，作者对初生组织中分离的四种小鼠细胞类型中进行了Hi-C实验。这四种细胞类型均具有常规或倒置核结构：杆光感受器（倒置），非杆视神经元细胞（常规），野生型胸腺细胞（常规）和无效核纤层蛋白B受体胸腺细胞（Lbr-/-）（倒置）（Fi

3、g.1a）。常规核和倒置核从显微镜中可以看出核组织的巨大差异（Fig.1a），但是染色质组织特征中的拓扑结合域（TAD），染色体区域和区室均类似（Fig1.b），在单细胞Hi-C中也发现上述特点。随后，作者研究了常染色质和异染色质在空间定位上的差异是否会影响Hi-C中所见的核区隔，从Hi-C图中计算了隔室剖面（Fig.1b），并将隔室化程度定义为隔室之间接触的富集程度。在倒置核中，胸腺细胞的分隔程度仅略有降低，但在杆状细胞中则变得更强（Fig.1c）。Fig.1常规和倒置核的显微镜观察和Hi-C分析综上所

4、述，分析表明，尽管在倒置时单个A或B室的空间位置发生了变化，但仍保留了分区的程度(Fig.1a,d)，表明其分区的机制不能严格依赖于核层。为了协调倒置核与常规核的Hi-c区室的划分与这些核中不同空间几何形状之间的关系，作者寻求一种满足以下三个标准的划分机制。1、它应该重现倒置的核，通过显微镜定量定义不同类型染色质的径向位置和Hi-C技术区分区室化的强度。2、它应该重现常规的核，当引入异染色质和核层之间的有吸引力的相互作用时，常规的核的特征是在Hi-C中显示类似程度的区室化，但是在显微镜观察下区室的空间位置

5、明显不同。3、它应该是基于合理的生物上和物理上的力，这就限制了不同类型的染色质与核层的染色质之间的相互作用。2.倒置的核的形态限制了可能的区室化模型为测试区室化的机制，作者开发了染色质的平衡聚合物模型，其代表染色体作为嵌段共聚物（Fig.2a），类似于其他分离的分离模型。扩展以前的两种模型，作者模拟使用三种类型的单体：常染色质（A）异染色（B）和中心体组成型异染色质（C）。作者模拟了8条染色体；每条染色体由6,000个单体组成；每个单体代表40kb染色质；在球形核中以35％的体积密度分布。A和B单体的序列

6、反映倒置的核的Hi-C数据中的区室化。为了表示Hi-C中无法显示的中心区域或染色体中心，作者在每个染色体近端放置了1块C单体（长度为染色体的16%）。所有单体都排除了体积，并根据其染色质类型的短距离成对吸引。给定六个成对吸引参数（A-A，A-B，B-B，B-C，C-C和A-C），所有可能的吸引强度排列都指定720（6）类模型（参见方法）。为了限制可能模型的空间，作者首先定量地将所有720类模型与显微镜观察的数据进行比较。具体而言，作者计算了A，B和C单体的径向分布，并将模拟中获得的分布与显微镜中获得的分布

7、进行了比较（Fig.2b）。大多数模型类型与显微镜中观察到的倒置核的同心几何形状不一致（Fig.2c）。例如，过强的B-C相互作用导致B和C混合（Fig.2c，模型8和扩展数据Fig.6a-c），而相对较弱的B-C相互作用导致C单体染色体从a中排出B单体的中心质量（Fig.2c，模型112）。过强的A-A相互作用倾向于促进大的常染色质小球的形成（Fig.2c，模型650和扩展数据Fig.6d-f）。以上结果表明，与常染色区域的活动相关的聚类是作为区域化基础的主要机制。只有八类模型可以重现实验观察到的倒置几

8、何形状（Fig.2b，c）。作者专注于最合适的模型类型，并进一步简化这些模型，将C-C固定得足够高以诱导C单体的中心球，A-A始终是远小于B-B（扩展数据Fig.7d），并且所有交叉项都是各个纯项的几何平均值（例如，A-B=（A-A×B-B）1/2），从而满足Flory-Huggins相分离标准。这使得B-B吸引力成为唯一的自由参数。Fig.2倒置的核的形态限制了可能的区室化模型3.基于异染色质的机制定量地再现倒置和常规核接下