2023年1月21日，北京大学生命科学学院李程研究员研究组在Nature Communications期刊发表题为“Mapping nucleolus-associated chromatin interactions using nucleolus Hi-C reveals pattern of heterochromatin interactions”的研究论文。该研究成功开发了能够富集捕获核仁相关染色质互作的新技术——核仁Hi-C（nHi-C），并通过nHi-C揭示了核仁相关染色质互作的特征与规律。
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nHi-C将insitu Hi-C实验与核仁的提取分离相结合，即在细胞裂解后通过密度梯度离心提取核仁，实现了对核仁相关的染色质互作进行富集捕获（图1）。
图1. nHi-C实验原理示意图
为了验证nHi-C能够富集核仁相关染色质互作，研究者在HeLa细胞中分别进行了in situ Hi-C和nHi-C实验。通过将nHi-C和in situ Hi-C的结果进行比较（图2），并结合FISH成像验证（图3），证明了nHi-C捕获的互作更加富集分布于核仁周围的染色质区域。
图2. in situ Hi-C和nHi-C互作热图比较
图3. FISH成像结果图（Locus1为阴性对照；Locus2-4为nHi-C相较于insitu Hi-C互作更加富集的区域；Nucleolin为核仁特异的指示蛋白）
相较于in situ Hi-C，nHi-C提供了核仁介导的染色体之间相互作用（trans interaction）的互作图谱（图4）。通过该图谱，研究者揭示了核仁相关trans互作的特征，即包含rDNA分布的染色体15、21、22与其他染色体频繁建立trans互作，并且靠近着丝粒的染色质区域是trans互作发生的热点区域（图5）。
图4. nHi-C与in situ Hi-C trans互作热图比较
图5.（左）不同染色体之间的trans互作水平；（右）核仁周围染色质区域（NADs）的trans互作水平和它们与着丝粒的距离相关
进一步，利用nHi-C实验数据，研究者确定了264个高置信度的核仁相关域（hNADs），在HeLa细胞中占整个基因组的24%。根据全局hNAD染色体间的相互作用和它们的表观遗传状态，hNAD可分为三组，显示出不同的顺式/反式相互作用模式、与着丝粒的距离、以及与核纤层相关域（LADs）的重叠百分比。此外，放线菌素D（ActD）处理抑制Pol I转录活性后，引起了核仁解体，并显著降低了hNAD信号强度和全基因组范围内A/B区室强度和TAD间互作的变化。
综上，该研究开发了nHi-C实验方法用于富集捕获核仁相关染色质互作，并通过nHi-C揭示了核仁相关染色质互作的特征与规律，支持了核仁作为重要核内细胞器组织异染色质高级结构的功能。李程和军事科学院军事医学研究院李亭亭助理研究员（原李程组博士后）为该研究通讯作者。北京大学生命科学学院博士生彭婷、博士后侯英萍和孟浩巍为该研究共同第一作者。课题获得了北京大学孙育杰、军事医学研究院陈河兵、华中农业大学李国亮、北京协和医学院陈阳等老师的大力协助和宝贵建议。
