基于DNA甲基化与纳米孔测序的长读长染色质纤维单分子核小体定位研究

本研究通过结合DNA甲基化标记、纳米孔长读长测序及基于统计物理学的创新算法，实现了对单个染色质纤维上核小体分布的高精度定位。该技术突破了传统MNase-seq技术的群体平均局限性，在体外验证体系及酵母基因组中成功解析了转录激活状态下核小体分布的异质性及长程关联性，为揭示染色质动态调控机制提供了强有力的单分子研究工具。

　　

在真核细胞中，DNA并非裸露存在，而是通过组蛋白包装形成染色质这一复杂结构。核小体作为染色质的基本单位，其定位和动态变化直接调控基因的转录活性。传统研究多采用微球菌核酸酶测序（MNase-seq）技术，通过在细胞群体中检测核小体的平均分布来推断其组织规律。然而，这种方法无法捕捉单个DNA分子上核小体的实际排列及其在转录、修复等过程中的动态变化，限制了人们对染色质调控机制的深入理解。

为突破这一技术瓶颈，来自荷兰癌症研究所的研究团队在《Biophysical Journal》发表了一项创新性研究，他们巧妙整合DNA甲基化标记、牛津纳米孔技术（Nanopore）的长读长测序能力，以及基于统计物理学原理开发的新型算法，首次实现了对长达数十千碱基的染色质纤维进行单分子水平的核小体精准定位。

研究主要依托以下几项关键技术：首先利用DNA甲基转移酶在游离DNA区域进行特异性标记，形成核小体保护区域的甲基化差异；随后采用纳米孔长读长测序技术获取单分子DNA序列及甲基化信息；最后通过自主研发的基于能谱分析的算法解卷积核小体足迹。实验体系包括体外重建的核小体定位阵列和体内酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）模型，后者在不同转录条件下（如半乳糖诱导）进行采样。

体外验证显示高精度定位能力

通过使用包含串联核小体定位元件的重组染色质进行测试，研究团队证实该技术可准确识别单个核小体的位置和间距，验证了其在已知序列背景下的定量可靠性。

酵母基因组揭示转录相关异质性

在酿酒酵母模型中，研究聚焦于转录激活状态下的GAL基因座。结果显示，在转录激活条件下，核小体分布呈现高度异质性，不同单分子间存在显著差异，这表明传统群体平均方法可能掩盖了重要的动态特征。

核糖体DNA重复序列呈现长程关联

对多拷贝核糖体RNA基因RDN1的分析发现，相邻重复单元间存在核小体占位的长程相关性。这种关联与转录活性的差异密切相关，提示染色质高级结构可能通过协调重复元件的转录状态维持基因组稳定性。

该研究成功开发了一种名为"纳米孔核小体测序"的单分子分析工具，其空间分辨率可达单个核小体水平，时间分辨率通过单分子读取实现动态捕捉。不仅证实了技术方法的可靠性，更揭示了染色质在转录激活过程中存在的显著单分子异质性，以及重复序列间存在的长程协调机制。

这项技术的突破性在于摆脱了对群体平均的依赖，使得研究人员能够在单分子水平观察染色质结构的真实状态，为理解基因调控、DNA修复和表观遗传记忆等过程提供了全新视角。未来可广泛应用于疾病相关染色质构象研究、肿瘤异质性分析等领域，具有重要的理论价值和临床应用前景。