跨物种染色体替换方法解析染色体与物种特异性核环境的协同进化机制

《Nature Communications》：CROSS: A cross-species chromosome substitution platform for dissecting chromosome architecture and activity

　　

摘要

哺乳动物染色体的功能完整性取决于其与物种特异性核环境的长期共同进化。染色体如何与其原生环境协同适应以定义三维结构和转录过程仍不清楚，这主要是由于缺乏解析这一共同进化的实验模型。在此，我们报道了一种跨物种染色体替换方法（CROSS），该方法能够实现宿主染色体与分歧同源染色体的稳定、无痕替换。我们将微细胞介导的染色体传递与CRISPR/Cas9技术相结合，将完整的152-Mb大鼠X染色体导入雄性小鼠胚胎干细胞中，随后替换小鼠X染色体，并保持其稳定性和完整性。大鼠特异性LINE1和RatSatRep2重复序列招募小鼠SETDB1的效率较低，导致局部H3K9me3丢失。这触发了三维重塑，其特征是新生成的拓扑关联结构域（TAD）边界异常激活邻近基因（包括Rhox5），从而损害分化过程。我们提供了一个平台，用于解析序列与表观基因组在染色体调控中的协同作用，并评估大规模异源DNA的保真度。