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【编辑推荐】为探究染色质结构对 DNA 可及性的影响，研究者以活人类细胞为对象，利用 DNA 甲基转移酶检测全基因组可及性。发现 euchromatin 和 heterochromatin 均高度可及，仅着丝粒 α-satellite 染色质部分不可及，揭示核小体动态在基因调控中的关键作用。
在生命科学领域，染色质结构与基因表达调控的关系一直是备受关注的核心问题。真核生物的基因组包裹在由核小体（nucleosome，染色质基本结构单位，由约 147 bp DNA 缠绕组蛋白八聚体形成）组成的染色质中，分为相对松散、转录活跃的常染色质（euchromatin）和高度压缩、转录抑制的异染色质（heterochromatin）。传统观点认为，染色质的压缩状态会限制转录因子等调控蛋白与 DNA 的结合，从而调控基因表达，这一模型主要基于对分离细胞核的研究，而分离核中的染色质重塑过程已停止，呈现静态结构。然而，活细胞中染色质是否同样通过结构封闭来调控可及性，尤其是异染色质是否始终不可访问，仍缺乏直接证据。
为解决这一关键科学问题，美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）下属儿童健康与人类发展国家研究所的研究人员开展了一项具有突破性的研究。他们以人类乳腺癌细胞系 MCF7 和正常乳腺上皮细胞系 MCF10A 为模型，利用 DNA 腺嘌呤甲基转移酶（Dam）作为分子探针，在活细胞中检测全基因组 GATC 位点的可及性，相关成果发表在《Nature Communications》。
研究采用的关键技术包括：
- qDA-seq 技术：通过腺病毒载体表达 Dam-GFP 融合蛋白，利用 Dam 对 GATC 位点的甲基化效率反映 DNA 可及性，结合高通量测序分析全基因组甲基化动力学。
- MNase-seq：酶切染色质以分析核小体定位和动态变化。
- ATAC-seq：检测染色质开放区域，辅助区分转录活跃与非活跃基因。
- ChromHMM 模型：基于组蛋白修饰标记（如 H3K9me3、H3K27me3）划分染色质状态，系统分析异染色质与常染色质的可及性差异。
研究结果
1. 活细胞中基因组普遍可及，异染色质动态性颠覆传统认知
通过 Dam 甲基化动力学分析发现，MCF7 和 MCF10A 细胞中超过 90% 的 GATC 位点在 72 小时内接近完全甲基化，表明 euchromatin 和 heterochromatin（包括组成型异染色质 H3K9me3 标记区域和兼性异染色质 H3K27me3 标记区域）在活细胞中均高度可及。尽管异染色质的甲基化速率略慢于常染色质（约 0.8-0.9 倍基因组平均速率），但最终甲基化水平趋近一致，提示其核小体处于动态变化中，而非静态封闭结构。
2. 着丝粒 α-satellite 染色质的特殊不可及性
着丝粒区域呈现显著例外，其甲基化速率仅为基因组平均的 0.4 倍，且最终甲基化水平限制在 50%-60%，其中活性 α-satellite 重复序列（如 SF1 家族）的甲基化水平甚至低于 30%。结合 CENP-A（着丝粒特异性组蛋白 H3 变体）富集分析，表明着丝粒染色质的核小体缺乏动态变化，处于相对静态，可能与其在细胞分裂中维持染色体稳定性的功能相关。
3. 转录活性与染色质可及性的弱相关性及核与胞差异
转录活跃基因的甲基化速率仅略高于非活跃基因，提示转录活性并非决定可及性的主要因素。对比分离细胞核与活细胞的实验发现，分离核中染色质可及性显著受限，仅 linker DNA 可被甲基化，核小体核心 DNA 高度保护，表明活细胞中的核小体动态依赖于 ATP 供能的染色质重塑机制，而分离核因缺乏能量和调控信号导致结构静态化。
4. 染色质结构域与转录因子结合的动态兼容性
CTCF（CCCTC 结合因子）结合位点附近核小体相位明确，但 Dam 仍能高效甲基化该区域，表明即使在紧密排列的核小体结构中，DNA 仍可通过动态暴露实现转录因子结合。这一结果挑战了 “核小体遮挡直接抑制转录因子结合” 的传统模型，暗示基因调控更依赖转录因子活性、定位及非编码 RNA 等动态因素。
研究结论与意义
该研究颠覆了关于异染色质不可访问的传统认知，证明在活细胞中，除着丝粒外， euchromatin 和 heterochromatin 的核小体均具有高度动态性，使 DNA 保持可及状态。这一发现修正了 “染色质压缩直接阻碍转录因子结合” 的经典理论，提示基因调控的关键可能在于转录因子的时空活性而非染色质静态结构。
研究还揭示了核小体动态的分子机制差异：活细胞中 ATP 依赖的染色质重塑因子（如 SWI/SNF 复合物）驱动核小体滑动、解离或构象变化，而分离核中缺乏这些动态过程。此外，着丝粒染色质的静态特性为理解其特殊功能（如纺锤体附着点的稳定性）提供了结构基础。
该成果不仅深化了对染色质动态调控的理解，也为基因治疗、转录调控网络解析提供了新视角 —— 例如，异染色质的可及性可能成为重新激活沉默基因的潜在靶点，而着丝粒的特殊结构或为染色体异常相关疾病（如癌症、流产）的研究提供线索。未来研究可进一步探索核小体动态与疾病状态的关联，以及重塑因子在基因表达调控中的具体作用机制。
