Genome Research:发现哺乳动物细胞热刺激反应中染色质空间构象改变的新解释

热刺激是细胞经常面对的环境刺激，热刺激反应是所有细胞普遍具有的刺激反应机制。热刺激诱导的广泛的转录调控是热刺激反应的重要组成部分。近年来，科学家从表观遗传学的各层面对其机制开展了研究。当前，针对染色质空间构象这一重要的表观遗传学层次，是否在热刺激反应中发挥作用以及可能的具体作用形式存在争议。此外，针对动物细胞热刺激反应模式的研究普遍采用急性刺激（刺激时长普遍在1小时内），对慢性刺激的研究较为欠缺。

近日，中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）张治华课题组在Genome Research上，在线发表了题为Cell cycle arrest explains the observed bulk 3D genomic alterations in response to long-term heat shock in K562 cells的研究成果，探讨了上述问题。该研究以常见的人类K562细胞系为实验材料，使用Hi-C和ATAC-seq等技术测定了其在急性和慢性热刺激反应前后的染色质空间构象和开放性图谱。研究对比发现，热刺激反应中细胞染色质空间构象和开放性水平的变化模式与细胞周期中G1/S时期向G2/M时期迁移时的变化模式有高度相似性。这一促使科研人员进一步探究热刺激反应中的结构变化与细胞周期的关系。研究通过流式细胞分选证实了K562细胞热刺激反应中存在细胞周期于G2/M时期的阻滞，同时测得位于G1/S和G2/M时期的细胞染色质构象均在热刺激反应全过程中维持稳定。最后，研究以G1/S和G2/M时期细胞染色质构象为组份、细胞集群的染色质构象为目标的解卷积运算证明了此细胞周期阻滞引起的细胞组份改变本身足以解释测得的细胞集群在热刺激反应过程中染色质构象的改变。

本研究提出的细胞周期阻滞在解释K562细胞热刺激反应中染色质构象变化所起的关键作用，有助于弥合关于热刺激反应中染色质空间构象调控模式的争论，并有助于增进科学家对染色质空间构象在广泛且迅速的基因表达调控中所起作用的认识。