利用DNA甲基化和纳米孔测序技术对单条染色质纤维进行长读长核小体定位分析

《Biophysical Journal》：Long-read nucleosome mapping of single chromatin fibers using DNA methylation and Nanopore sequencing

本研究结合DNA甲基化、长读序列纳米孔测序及基于统计物理的新型核小体映射算法，实现了单分子水平上数万碱基区域核小体的精确定位。实验验证表明，该方法揭示了转录激活（如酿酒酵母GAL基因）和核小体分布的大规模异质性，并发现核糖体RNA基因RDN1的远端核小体占有率相关性，为理解染色质重组机制提供了新工具。

　　

摘要

当转录被激活时，基因及其调控区域等DNA元件必须能够被蛋白质结合，这需要重新组织将DNA折叠成染色质纤维的核小体。MNase-seq技术通过绘制细胞群体中核小体的平均占据情况，在揭示基因活性与染色质组织之间的相互作用方面发挥了重要作用。然而，通过能够在单分子分辨率下沿着长DNA链绘制核小体分布且不进行平均处理的实验方法，我们可以更深入地理解其机制。在这里，我们展示了DNA甲基化、长读长纳米孔测序以及基于统计物理学的新型核小体映射算法的结合使用，能够在超过数十千碱基对的DNA位点上实现精确的单分子级核小体定位。这种精确的核小体映射方法已在体外得到验证，具体是通过在核小体定位元件串联阵列上重构的染色质来实现的。通过对在不同转录条件下培养的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）进行全基因组范围内的研究，我们发现模型GAL位点在转录激活后核小体分布存在显著异质性。此外，核糖体转录本RDN1的相邻重复序列显示出核小体占据情况的远距离相关性，我们认为这是由于转录活性的差异所致。这种改进的实验方法不仅能够进行核小体占位分析，还能在转录、DNA修复等过程的背景下，对局部染色质异常进行深入的单纤维比较，从而体现了使用长读长测序进行单分子核小体映射相比传统群体平均图谱的附加价值。

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