《Annual Review of Genomics and Human Genetics》：Beyond TADs and Compartments: Mesoscale Chromatin Folding and Its Dynamics in Transcriptional Regulation
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在长距离区室和拓扑关联结构域（TADs）尺度之下，存在多种多样的局部染色质组织特征。近期的高分辨率图谱和单分子测定揭示了模块化的亚TAD单元、核小体簇、微结构域和纳米结构域、堆积域、微区室以及由环挤压、表观遗传亲和力、凝聚体和聚合酶运动相互作用产生的条纹。研究
在长距离区室和拓扑关联结构域（TADs）尺度之下，存在多种多样的局部染色质组织特征。近期的高分辨率图谱和单分子测定揭示了模块化的亚TAD单元、核小体簇、微结构域和纳米结构域、堆积域、微区室以及由环挤压、表观遗传亲和力、凝聚体和聚合酶运动相互作用产生的条纹。研究人员强调了黏连蛋白（cohesin）调控及其与转录的串扰如何塑造局部拓扑结构，微区室和亲和力驱动枢纽如何引导增强子-启动子（E-P）通信，以及核小体定位和间距如何设定这些力作用的能量景观。研究人员还概述了亚TAD结构与动态性和单分子异质性之间的关系，描述了额外的成环机制以及若干中尺度结构调控的案例研究，并讨论了技术进步如何构建对中尺度染色质组织更具机制性理解的展望。总体而言，研究人员认为染色质的亚兆碱基结构尽管复杂，却是理解转录调控的一个关键长度尺度。
超越TADs与区室：中尺度染色质折叠及其转录调控动态
传统3D基因组层级模型以兆碱基尺度的A/B区室和拓扑关联结构域（TADs）为核心，但增强子-启动子（E-P）通信、转录爆发等关键转录过程发生在千碱基至亚兆碱基尺度，超出了传统结构的解释范围。近年来，高分辨率染色质构象捕获、单分子足迹和超分辨成像等技术揭示了介于单个核小体（约200 bp）与TAD（约1 Mb）之间的丰富中尺度结构，包括核小体簇、微/纳米结构域、微区室、堆积域以及与转录相关的条纹和cohesin岛。这些结构在cohesin或CTCF急性缺失后仍能存在，提示存在独立于环挤压的组织力。本综述旨在整合这些发现，提出中尺度染色质结构是染色质状态与转录调控之间的核心界面。
研究人员汇总了四类主要技术方法：一是基于连接的接触作图，如Micro-C（微球菌核酸酶切割获得核小体分辨率）、Hi-C 3.0以及靶向捕获技术（Capture-C、Tri-C、MCC、RCMC等），可绘制高分辨率接触图谱；二是多向互作测定，如SPRITE、ChIA-Drop、Pore-C和GAM等，能够捕获多增强子-启动子枢纽和更高阶染色质组装；三是单分子足迹与纤维作图，如Fiber-seq、SAMOSA、dSMF等，可在单分子水平解析核小体组织和转录因子占用；四是成像方法，如ChromEMT、ChromSTEM、Oligo-FISH和单核小体追踪，提供纳米尺度的三维物理结构信息。这些方法互补地覆盖了从单分子异质性到全基因组接触图的多分辨率视图，并已应用于多种细胞系、原代细胞及早期胚胎等样本。
中尺度结构的主要类别及其证据如下。核小体簇是纳米级折叠单元，通过ChromEMT、STORM/PALM及活细胞超分辨成像发现核小体形成大小和密度异质的簇，小且稀疏的簇与活跃转录相关，大而密的簇与抑制状态相关；低温电子断层扫描进一步观察到与功能状态相关的异质性核小体堆积。微/纳米结构域是亚TAD尺度的绝缘调控盒，Micro-C和单细胞染色质示踪显示约1–100 kb的微结构域，其边界常与转录因子结合或核小体缺失区一致，而非CTCF，且这些结构在环挤压受损时仍存在，提示为挤压无关的绝缘单元。微区室是调节元件处的千碱基级A/B分离，RCMC超高深度作图发现几乎所有增强子和启动子都嵌入千碱基级微区室，活性元件形成A样斑块，抑制元件形成B样斑块，且不依赖cohesin，支持亲和力驱动的组织机制。堆积域是连接聚合物物理与调节状态的中尺度球状结构，ChromSTEM质量分析显示约80–120 nm的球状体对应约100 kb–1 Mb的DNA，其边界与TAD不对齐；Oligo-FISH和超分辨成像显示其在cohesin耗尽后仍存在，构成独立于环挤压的压实层。转录相关结构包括E-P环、cohesin岛、条纹和桥接枢纽，Micro-C等发现转录活跃的长基因积累cohesin岛，并出现启动子对齐的条纹；多向互作测定（Tri-C、GAM、Pore-C）捕获多增强子-启动子桥接枢纽，表明这些结构由Pol II和cohesin动态相互作用产生。
核心机制方面，核小体间距调控纤维折叠和局部相互作用，单分子足迹显示较长核小体重复长度和强相位与更强的短距离绝缘相关。染色质亲和力与凝聚体机制中，HP1和Polycomb形成多价网络介导B样斑块，Mediator/BRD4/TF簇形成活性桥接枢纽，提供无环挤压的短距离组织。环挤压由cohesin作为主要马达执行，受NIPBL加载、WAPL释放和CTCF定向阻滞调控；急性缺失cohesin或CTCF消除TAD但保留区室，证明二者机制独立；活细胞成像显示CTCF环路平均仅3.2%时间处于成环状态，表明其高度动态。位点特异性因子如NIPBL靶向加载、YY1、ZNF143和LDB1等调节特定启动子枢纽的形成。转录-cohesin串扰中，延伸中的Pol II作为移动屏障，将cohesin推向基因体形成岛和条纹，而cohesin则通过稳定E-P接近支持转录输出。
案例研究方面，在衰老/免疫激活和胚胎超转录中，炎症基因和早期胚胎的高转录导致cohesin岛全基因组增殖，短期抑制Pol II后条纹和岛消失，但微区室仍存，表明转录相关结构可塑而亲和力结构持久。在DNA损伤反应中，双链断裂周围染色质经历快速解压缩和再包装，SLFN5支架蛋白组织53BP1微结构域，调节同源重组与非同源末端连接的选择，破坏这些结构会导致修复错误和PARP抑制剂敏感性升高。
综上所述，本综述认为中尺度染色质结构是环挤压、表观遗传亲和力/相分离、核小体包装和转录力等多种动态机制在特定位点竞争与协同的结果。这些结构构成转录调控的物理基础，其异质性和动态性为基因表达的快速响应提供了可能。未来需要结合多模态测量、时间分辨扰动和理论建模，建立从纤维状态预测3D重组的定量框架，以实现对3D基因组状态的读取与编程。总体而言，研究人员认为，染色质的亚兆碱基结构虽然复杂，却是理解转录调控的一个必不可少的长度尺度。
