Genome Biol. | Andrew P. Hutchins?團隊發(fā)現(xiàn)轉座元件為三維基因組結構的關鍵決定因素

轉座元件（transposable element,TE）序列約占人類基因組的近一半。它們能夠復制自身序列并轉移插入到宿主基因組中其他區(qū)，從而在進化過程中實現(xiàn)大量擴增。雖然大多數(shù)TE已失去轉座活性，但近年來研究表明其在基因調(diào)控、胚胎發(fā)育及疾病等過程中具有重要功能。與此同時，人類基因組DNA全長約2米，在細胞核內(nèi)并非以線性狀態(tài)分布，而是折疊成層級化的復雜染色質三維結構——包括 A/B 區(qū)室（compartment）、染色質拓撲結構域 (topologically associating domain, TAD)、染色質環(huán)（chromatin loop）以及更細微尺度的啟動子-增強子位點互作（promoter- enhancer contacts），這些結構與轉錄調(diào)控和基因組穩(wěn)定性密切相關。過去已有研究提示某些 TE 提供 CTCF 等關鍵因子的結合位點，從而影響染色質環(huán)與 TAD 邊界；但在 CTCF 之外，關于全基因組范圍內(nèi) TE 對三維互作的貢獻和所依賴的機制，仍缺乏系統(tǒng)性答案。一個核心障礙在于：傳統(tǒng) Hi-C 分析往往會丟棄或弱化重復序列（包括TE）上的多重比對 read （multi-mapped reads），導致 TE 相關染色質互作（chromatin-contact）長期未被充分納入系統(tǒng)分析。

近日，南方科技大學生命科學學院系統(tǒng)生物學系Andrew P. Hutchins副教授課題組在 Genome Biology 上發(fā)表題為

Dissecting the contribution of transposable elements to interphase chromosome structure

為系統(tǒng)評估轉座元件在三維基因組中的作用，研究團隊開發(fā)了可將轉座元件相關 Hi-C read 納入下游分析的工具 te_hic。與傳統(tǒng)分析流程不同，te_hic 在比對與 Hi-C 矩陣構建階段對轉座元件相關讀段進行針對性保留與整合，從而能夠直接聚焦“TE-TE”及“TE-noTE”的染色質互作，從而更真實地反映 TE 序列在三維基因組中的貢獻。

研究顯示，僅使用含TE序列的 Hi-C read，仍可在相當程度上重建全基因組 Hi-C 矩陣的主要特征。尤其是，A/B compartments 與 TAD 等經(jīng)典三維結構信息可以僅通過含有 TE 序列的 reads 被重新構建，提示 TE 是染色質三維結構信號的重要來源之一。在定量層面，研究進一步估計：僅考慮 TE-TE 互作時，TE 可解釋約 30% 的三維基因組結構；若將 TE-noTE互作納入，則貢獻可達約 78%。這些結果表明：TE 序列在間期細胞核內(nèi)的染色質折疊中占據(jù)關鍵地位。

研究團隊隨后整合多種人類與小鼠多能干細胞（pluripotent stem cell, PSC）中 DNA 結合因子數(shù)據(jù)與 Hi-C 數(shù)據(jù)，提出 TE 通過招募表觀遺傳或轉錄因子（epifactor or transcription factor, ETF）來塑造三維基因組結構。進一步計算分析識別到一類與染色質互作正相關（contact-positive）的經(jīng)典因子，例如 CTCF、RAD21、SMC3 等，也發(fā)現(xiàn)某些因子與染色質局部互作減弱相關（contact-negative），例如 RNF2。另外，研究還鑒定了新的染色質互作正相關調(diào)控因子，例如 SMARCA4 與 MAFK，揭示了 TE 介導的三維互作可能由多類因子共同驅動，而非局限于 CTCF 依賴機制。

為驗證計算預測，研究團隊對候選因子進行敲降（knockdown, KD）后進行了Hi-C 實驗。結果顯示，SMARCA4 或 MAFK 的敲降會導致TE介導的染色質互作減少，為其正向調(diào)控TE相關染色質三維結構提供了實驗證據(jù)。值得注意的是，SMARCA4 敲降對短程互作（short-range contact）的影響更為顯著，提示其可能通過結合TE來維持局部三維結構的穩(wěn)定性。

總體而言，該研究從方法學與機制層面同時推進了對三維基因組的理解：一方面，te_hic 為研究重復序列參與三維基因組提供了可復用的分析工具，減少了傳統(tǒng)分析流程對 TE 信號的系統(tǒng)性損失；另一方面，研究提出并驗證了“TE—ETF結合—染色質互作”這一更廣義的機制框架，表明 TE 是哺乳動物細胞三維基因組結構的關鍵決定因素之一。相關發(fā)現(xiàn)為理解染色質三維結構及其相關的基因和表觀遺傳調(diào)控提供了新的線索與切入點，同時也為進一步解析TE在多種生物學過程中的調(diào)控功能和分子機制打下了基礎。

南方科技大學碩士生 Liyang Shi（現(xiàn)京都大學-麥吉爾大學國際聯(lián)合基因組醫(yī)學博士生）、南方科技大學博士后肖珍、研究助理教授周雪蒙為論文共同第一作者，Andrew P. Hutchins 副教授為論文通訊作者。

http://doi.org/10.1186/s13059-026-03945-y

制版人： 十一

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