《Nature Communications》：Chamber-specific chromatin architecture guides functional interpretation of disease-associated Cis-regulatory elements in human cardiomyocytes
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本研究通过构建高分辨率人类心肌细胞染色质空间互作图谱，揭示了心房与心室心肌细胞中特异性顺式调控元件（CRE）通过三维基因组结构与靶基因启动子的动态互作调控室特异性基因表达。研究人员利用Hi-C技术结合CRISPRi功能验证，发现KCNJ2等心律失常相关基因的增强子元件可调控离子通道功能，为解读非编码遗传变异在心脏疾病中的机制提供了新范式。
心血管疾病是全球范围内导致死亡的主要原因之一，其发生发展与基因表达程序的异常调控密切相关。虽然蛋白质编码基因的突变已被广泛研究，但占据基因组大部分的非编码区域如何参与疾病进程仍知之甚少。顺式调控元件（CRE）作为非编码DNA区域，通过与远端基因启动子的空间互作，在细胞类型特异性基因表达调控中发挥核心作用。然而，由于心脏组织的细胞异质性（心肌细胞仅占心脏细胞总数的约三分之一），基于组织水平的研究难以精确解析心肌细胞自身的调控网络。此外，心房和心室心肌细胞虽共享大部分基因表达谱，但其功能差异及相关疾病易感性的分子基础尚未明确。
为解决上述问题，海德堡大学Ralf Gilsbach团队在《Nature Communications》上发表了最新研究。该工作通过荧光激活核分选（FANS）技术分离人左心房、左心室及心衰心室的心肌细胞核，构建了室特异性高分辨率Hi-C染色质互作图谱，并整合表观基因组和转录组数据，系统揭示了CRE-启动子互作在生理和病理状态下的动态变化规律。
研究主要依托以下几项关键技术：① 基于FANS的心肌细胞核分离技术；② 高通量染色体构象捕获（Hi-C）用于全基因组染色质互作分析；③ CRISPR干扰（CRISPRi）通过dCas9-KRAB系统实现增强子特异性表观沉默；④ 自动化膜片钳与多电极阵列记录心肌细胞电生理功能；⑤ 低甲基化区域（LMR）注释与ChromHMM染色质状态建模。
室特异性染色质互作景观解析
通过比较心肌细胞与心脏组织核的Hi-C数据，研究发现心肌细胞特异性数据能检测到两倍于组织水平的启动子互作域（PID），且高阶染色质区室（A/B compartment）在约53.6 Mb区域存在细胞类型特异性转换。例如，心肌细胞富集基因CHRM2、SGCD和RYR2在心肌细胞中位于活性A区室，而在组织核中位于非活性B区室，凸显了细胞特异性三维基因组结构的重要性。
心房与心室心肌细胞的差异调控网络
研究人员鉴定出1,446个差异PID，其中62%为左心房特异性，38%为左心室特异性。这些差异PID与室特异性基因表达显著相关，并富集于心脏发育关键转录因子（如HEY2、TBX5）的调控区域。通过CRISPRi沉默HEY2和TBX5的PID可显著降低其靶基因表达，证实了这些元件的功能性调控作用。
心衰中的启动子重连机制
在心衰心室心肌细胞中，虽然拓扑关联结构域（TAD）和A/B区室整体保守，但检测到4,245个差异PID。其中，NPPA启动子与超增强子的互作强度在心衰心肌细胞中显著升高，且互作模式与心房心肌细胞相似，提示预形成的PID在病理基因表达调控中起主导作用。功能实验表明，沉默NPPA/NPPB超增强子中心区域可分别使NPPB和NPPA表达降低82%和31%。
非编码变异的功能关联性验证
GWAS富集分析显示，心室心肌细胞的PID特异性富集心肌病、QT间期和心衰相关变异，而心房心肌细胞的PID则富集房颤（AFIB）相关变异。以KCNJ2基因座为例，研究人员通过CRISPRi系统性沉默6个互作区域，发现区域3和4可分别使KCNJ2表达降低39.7%和65.4%，并导致IK1电流减弱及场电位持续时间延长，从功能上连接了非编码变异与电生理表型。
本研究首次在人类成年心肌细胞中构建了室特异性三维基因组图谱，揭示了CRE-启动子互作在心脏疾病易感性中的细胞类型特异性调控机制。通过整合染色质构象数据与CRISPRi功能筛选，不仅为解读非编码GWAS信号提供了新框架，也为心脏疾病的精准治疗靶点开发奠定了理论基础。
