小艺
【科学背景】
生物分子凝聚体是一类无膜区室，能够富集大分子并参与多种细胞过程。染色质作为存储遗传信息的DNA-组蛋白复合物，在体外和细胞内均可发生相分离形成凝聚体。然而，核小体如何从单个单元逐步组装形成可见的凝聚体，以及这些相互作用如何决定凝聚体的材料性质，目前尚不清楚。
【创新成果】
近日，德克萨斯大学西南医学中心(UT Southwestern Medical Center) 的 Michael K. Rosen 团队周华斌等人联合剑桥大学Rosana Collepardo-Guevara等研究者在Science上发表了题为“Multiscale structure of chromatin condensates explains phase separation and material properties”的论文，首次实现了从单个核小体、12 聚体染色质纤维到凝聚体内纤维网络的跨尺度高分辨率结构解析，是体外和细胞核内染色质相分离生化机制的首次实验测量。
该工作整合了冷冻电子断层扫描（cryo-ET）、分子动力学模拟和光学显微镜技术，系统研究了合成染色质与天然染色质在相分离过程中的多尺度结构。研究发现，DNA连接子长度（如25 bp与30 bp）直接控制核小体的排列方式和组蛋白尾部的相互作用模式，进而影响染色质纤维的构象及其在凝聚体中的分子间相互作用网络。25 bp染色质形成开放、柔性的纤维结构，促进高亲和力的分子间相互作用，形成稳定性高、粘弹性强的凝聚体；而30 bp染色质则倾向于形成紧凑的堆叠构象，导致分子间作用较弱、动态性较高的凝聚体。此外，组蛋白尾部乙酰化可破坏局部堆叠结构，增加凝聚体内部的孔隙尺寸，可能与转录激活等生物学过程相关。研究还发现，人类和小鼠细胞中的天然染色质高密度区域在核小体排布方式上与25 bp合成染色质凝聚体高度相似，提示细胞可能通过调节连接子长度来调控染色质的状态与功能。
【图文解析】
图1 连接子长度决定盐浓度依赖的染色质纤维折叠模式© 2025 AAAS
图2 组蛋白尾部相互作用模式的差异调控© 2025 AAAS
图3 在凝聚相中25 bp与30 bp染色质的分子结构差异© 2025 AAAS
图4 连接子长度决定凝聚相中分子内与分子间相互作用的平衡© 2025 AAAS
图5 从网络连通性与动态特性角度25 bp与30 bp染色质凝聚体的材料性质比较© 2025 AAAS
图6 天然染色质形成类似于25bp染色质凝聚体的离散结构域© 2025 AAAS
【科学启迪】
通过从单核小体到分子网络的多尺度实验与模拟，该项研究阐明DNA连接子长度的变化能够引导染色质凝聚体在纳米至微米尺度上的结构组织与力学性质。25 bp连接子促进形成强分子间作用网络，产生稳定性高、粘弹性显著的凝聚体；30 bp连接子则倾向于分子内堆叠，形成弱连接、高动态的凝聚体。这一多尺度结构框架揭示了细胞可能通过调控核小体间距、组蛋白修饰或相关因子，实现染色质材料状态的切换，从而影响基因调控和基因组稳定性。研究还表明，合成染色质凝聚体在结构上模拟了细胞内天然染色质的高密度区域，为理解染色质在细胞内的组织机制提供了重要依据。
原文详情：Huabin Zhou et al., Multiscale structure of chromatin condensates explains phase separation and material properties. Science390, eadv6588(2025). DOI:10.1126/science.adv6588
