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为探究基因组空间组织调控机制，研究人员研究液体凝聚物与环挤出（LE）关系，发现其或为 LE 新屏障，意义重大。
在生命的微观世界里，基因组的三维组织调控就像一场精密的交响乐，每一个音符都至关重要。其中，环挤出（Loop Extrusion，LE）和液体 - 液滴相分离（Liquid - Liquid Phase Separation，LLPS）是这场交响乐中两个关键的 “演奏者”。
环挤出（LE）作为真核生物 3D 基因组组织的主要机制之一，由 SMC 复合物沿着 DNA 进行 ATP 依赖的易位，使远处的基因座空间并置，对增强子 - 启动子通讯（Enhancer - Promoter Communication，EPC）等过程意义重大。然而，CTCF 虽然能作为经典的 LE 屏障，却并非唯一，其他未知的屏障或许也在发挥着作用。
与此同时，LLPS 也在基因组的调控舞台上崭露头角。许多蛋白质和 RNA 通过动态、低亲和力的多价相互作用发生 LLPS，在染色质上形成大分子凝聚物。这些凝聚物不仅参与转录调控，还对基因组的空间组织产生影响。越来越多的证据表明，LE 和 LLPS 在建立增强子 - 启动子调控环上存在协同作用，但它们之间的具体关系仍迷雾重重。
为了揭开这层神秘的面纱，来自俄罗斯科学院基因生物学研究所、莫斯科国立大学和斯科尔科沃科技学院的研究人员 Arseniy V. Selivanovskiy、Maria N. Molodova 等人开展了深入研究，相关成果发表在《Cellular and Molecular Life Sciences》杂志上。
在研究过程中，研究人员主要运用了染色质免疫沉淀测序（ChIP - seq）技术，通过对黏连蛋白（cohesin）等蛋白的 ChIP - seq 分析，探索其在基因组上的分布特征；同时结合了蛋白质相互作用研究技术，如免疫共沉淀等，探究 cohesin 与其他蛋白的相互作用关系，以此来深入剖析 LLPS 和 LE 之间的关联。
研究结果如下：
- ChIP - seq 揭示 cohesin 的两种分布特征：通过浏览基因组浏览器，研究人员发现 cohesin 的 ChIP - seq 峰存在两种明显不同的类型。一种是高、窄、尖的 “岩石” 峰，常与 CTCF 结合位点重合；另一种是相对罕见的宽、平滑、扁平的 “山丘” 峰，通常与 H3K27ac 及一些转录因子（TFs）的峰重合，且不与 CTCF 重叠。对形成凝聚物的 TF OCT4 的研究发现，“山丘” 峰中的宽 OCT4 信号并非源于大量结合位点，而是可能由于蛋白质定位于凝聚物中。这表明 cohesin 可能常占据基因组中与凝聚物结合的区域，且凝聚物可能是一种阻碍环挤出并积累 cohesin 的 “液体屏障”。
- cohesin 与多种凝聚物形成 TF 相互作用并被滞留：
- 与基础转录机器的相互作用：SEs 和启动子处富含关键转录成分，许多可形成液体凝聚物。例如，Mediator 含有 IDRs，能在体内形成 LLPS 凝聚物，与 NIPBL 直接相互作用并共定位。敲低 SMC1 或 Mediator 亚基 MED12 会破坏细胞类型特异性的 EP 相互作用，Mediator - 富集区域能使 cohesin 在增强子处滞留而非招募。BRD4 也能形成染色质凝聚物，与 NIPBL 和 cohesin 核心亚基相互作用，在小鼠神经嵴发育中，其与挤出的 cohesin 相互作用，缺失 BRD4 会影响 NIPBL 结合和 EP 环。RNAPII 的 CTD 区域集中在液体凝聚物中，其降解会导致特定基因座 cohesin 缺失和部分 EP 环消失，同时增强 CTCF 介导的环。虽然目前方法难以区分 TF 耗尽的直接和间接影响，但 RNAPII - AID 等技术表明，RNAPII 可能是通过相分离形成的更大蛋白复合物的一部分，与 cohesin 相互作用。
- 凝聚物形成 TF 对 cohesin 的滞留作用：许多 TF 在细胞中形成动态凝聚物，且与 cohesin 协同发挥结构功能。如 FOXA1 与 Mediator 和 cohesin 共定位，敲低 FOXA1 会显著降低 cohesin 的占用。MAZ 与 CTCF 合作使 cohesin 滞留，还能在肝癌细胞中形成活性转录枢纽，且与 cohesin 在 CCND1 基因启动子处相关。OCT4、SOX2 等多能性 TF 能形成 LLPS 凝聚物，与 cohesin 在增强子处共定位，其耗尽会降低 cohesin 的占用。KLF4 能形成 EP 枢纽，与 cohesin 相互作用并在体内外形成凝聚物。此外，p53、GR 等在特定条件下也与 LLPS 和 cohesin 介导的调控环相关。
- 液体凝聚物和 LE 在建立增强子 - 启动子接触中协同作用：在尤文肉瘤细胞系中，EWS/FLI1 融合蛋白形成 LLPS 凝聚物，其结合位点形成一系列 CTCF 非依赖的环，cohesin 在环锚点富集，耗尽 EWS/FLI1 会破坏这些环，SA2 耗尽会减弱相关病理变化，表明 cohesin - SA2 介导的 LE 是这些基因座 EPC 的机制。在小鼠胸腺上皮细胞（mTECs）中，Aire 转录因子积累 cohesin 和 Mediator，促进 SE 与 Aire 控制基因的环化，Aire 表达能在 SE 处形成凝聚物，且其 ChIP - seq “山丘” 与 cohesin 分布相似。此外，通过光诱导组装 LLPS 凝聚物的实验表明，凝聚物组装可形成新的染色质环，环锚点富集 cohesin - SA2。在人类乳腺癌细胞中，condensins I 和 II 介导雌激素依赖的增强子与启动子的桥接，大型液体复合物（MegaTrans complex）与 condensins 共定位，eRNA 对复合物组装和维持液体状态及环化至关重要，condensin 挤出可能在环形成过程中被液滴阻止。
- LE 和 LLPS 在 DNA 双链断裂修复（DSBR）中协同作用：DSBR 位点具有液体性质，cohesin - SA2 在激光诱导的 DNA 损伤后的 S/G2 期优先存在于 DSB 处，SA2 亚基的 IDR 可能负责 cohesin 在 DSBR 位点的保留。在同源重组（HR）途径中，DNA 断裂引发一系列蛋白形成液体凝聚物，集中 ATM 激酶，ATM 激酶与 NIPBL 相互作用，化学抑制 ATM 激酶会减少 DSB 接触频率和受损 TAD 内的空间接触加强。在 DSB 附近，染色质形成特定空间配置，由 53BP1 和 RIF1 等蛋白参与维持，耗尽 cohesin 或 RIF1 会破坏这种配置和染色质的空间组织，表明 cohesin 驱动的 LE 和相分离在 DSBR 位点的染色质空间组织中都起作用，cohesin 可能被 DNA 修复机器组件形成的液体凝聚物滞留。
研究结论和讨论部分指出，LLPS 和 LE 在基因组调控区域的空间相互作用中存在潜在的协同作用。液体凝聚物作为一种新型的 LE 屏障，可能通过其物理性质和与 cohesin 的非特异性相互作用阻碍 cohesin 运动。凝聚物的融合特异性可能由其蛋白质组成决定，同型凝聚物融合，异型凝聚物不融合，融合后的凝聚物可稳定增强子 - 启动子接触，不再依赖 cohesin。然而，目前研究仍存在一些局限，如用于检测染色质上凝聚物的技术有限，难以区分 TF 与 DNA 的结合和凝聚物组装后的结合；基于测序追踪 LE 的方法也存在不足，无法完全区分屏障元件和 cohesin 的被动积累及加载位点。未来需要开发更精准的技术，深入探究 LLPS 凝聚物的屏障活性及其与 LE 协同作用的具体机制，这将有助于我们更深入地理解基因组的空间组织调控，为相关疾病的研究和治疗提供新的思路和靶点。
