真核生物基因組DNA通過和組蛋白相互作用形成染色質包裝在細胞核中。核小體是染色質的基本結構單元。核小體由146bp DNA在組蛋白八聚體上纏繞1.65圈構成。組蛋白八聚體包括各有兩個拷貝的H2A，H2B，H3和H4組蛋白。體外研究表明核小體的結構不是靜態的，而是會進行自發的結構轉變，包括DNA呼吸作用（核小體上DNA末端的自發打開）和開放狀態（組蛋白亞複合物之間界面的打開），形成展開的核小體（Unwrapped Nucleosome），而這種核小體的動態變化稱為核小體展開（Nucleosome Unwrapping）。在細胞內，核小體受到多種多樣的表觀遺傳因素的調控，以及受到轉錄和DNA複製等生物學過程的影響，核小體結構會更加動態，核小體展開形式也會更加多樣。相應地，展開的核小體也可能對DNA複製、轉錄和損傷修復等DNA代謝過程起著調控作用。
近日，Nucleic Acid Research雜誌在線發表了李國紅課題組的題為「Histone variant H2A.Z regulates nucleosome unwrapping and CTCF binding in mouse ES cells」的研究論文。該工作揭示含有組蛋白變體H2A.Z的核小體比常規核小體展開程度更高，H2A.Z可以調控體內核小體的展開，並參與調控轉錄和CTCF的結合。
在該工作中，研究人員首先結合ChIP的特異性、MNase片段化染色質的特點以及雙端測序，建立稱為MNase facilitated crosslink chromatin immunoprecipitation followed with parallel pair-end sequencing （簡稱為MNase-X-ChIP-seq）的方法。通過分析，研究人員發現H2A.Z核小體比常規核小體展開程度更高，並且展開的H2A.Z核小體廣泛分布在啟動子和CTCF結合區域。在+1核小體上，展開至120-140bp的H2A.Z核小體和活躍的啟動子相關，而展開至30-80bp的H2A.Z核小體則和不活躍的啟動子相關。敲低H2A.Z會導致核小體展開程度降低，同時CTCF的結合增加。實驗結果表明MNase-X-ChIP-seq是一種簡單有效的究體內核小體展開的方法，並提示體內核小體的展開是普遍存在的，且受到表觀因素的調控；同時，體內核小體展開本身也可以作為一種調控因素，參與調控轉錄和染色質高級結構的組織等生物學過程。
左圖：DNA展開至30-80bp的H2A.Z核小體定位在低表達基因的啟動子上，並富集了信號轉導和細胞分化相關的基因；DNA展開至120-140bp的H2A.Z核小體定位在高表達基因的啟動子，並富集了管家基因。右圖：展開的H2A.Z核小體定位於CTCF結合位點上與其兩側的核小體位置，分別和抑制與促進CTCF結合相關。
中國科學院生物物理研究所李國紅研究員和阮海荷老師為該項工作的共同通訊作者；李國紅組博士後（特別研究助理）溫增麒為該項工作的第一作者和共同通訊作者；李國紅組博士後張力圩（現為生物物理研究所張立國組助理研究員）也參與了該項工作。該研究工作得到了國家自然科學基金、科技部重點研發計劃、中國科學院先導專項、中國科學院前沿科學重點研究項目、HHMI國際研究學者和中國博士後科學基金的共同資助。
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https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa360/5835817