成纤维细胞响应诱导信号采用多种细胞状态以维持组织稳态。研究人员利用这种细胞状态可塑性来定义基因组组织如何促进细胞特性的变化。研究人员表明，TGF-β重塑了成纤维细胞活化过程中上调基因的拓扑关联结构域（topologically associating domains, TADs）和染色质环，使其向肌成纤维细胞转化。黏连蛋白（Cohesin）是成纤维细胞活化过程中基因诱导所必需的，而增强的黏连蛋白稳定性足以绕过TGF-β信号并驱动肌成纤维细胞样状态。新出现的证据表明，染色质相对于核斑（nuclear speckles）的空间定位可以调节基因表达。因此，研究人员研究了关键核斑组分SON的作用，并表明它是肌成纤维细胞基因表达所必需的。值得注意的是，增强基因组折叠部分挽救了SON耗竭的核斑成纤维细胞中的基因表达。总之，这些发现推进了我们对纤维化的理解，并支持一个模型，即基因组组织的不同方面汇聚以协调细胞状态转变。
**论文解读：基因组折叠与核斑汇聚协调成纤维细胞活化**
**研究背景与问题**
成纤维细胞在组织稳态维持中具有高度可塑性，可响应生理或病理信号转变为多种细胞状态。然而，当前对细胞身份转变的理解主要集中于微环境信号和谱系特异性转录因子，但仅靠这些因素难以解释有限的转录调控因子如何协调全基因组范围的基因表达，从而产生稳定且多样的细胞类型。三维基因组组织（如染色质折叠和空间定位）被认为在协调基因表达变化中发挥关键作用，但不同层面的基因组组织（如拓扑关联结构域（TADs）和核斑）如何汇聚以调控细胞状态转变，仍不清楚。特别是，黏连蛋白（Cohesin）介导的染色质环和核斑在成纤维细胞向肌成纤维细胞（myofibroblast）活化过程中的功能重要性缺乏系统研究。为此，研究人员利用TGF-β诱导的成纤维细胞活化模型，系统探究了基因组折叠与核斑在细胞状态转变中的协同作用。该研究发表于《SCIENCE ADVANCES》。
**主要技术方法**
研究人员采用以下关键技术方法：1）原位Hi-C（in situ Hi-C）分析全基因组染色质构象；2）RNA-seq进行转录组分析；3）ChIP-seq检测组蛋白修饰（H3K27ac）和黏连蛋白亚基（RAD21）的染色质结合；4）DNA荧光原位杂交（DNA FISH）和免疫荧光（IF）检测基因座与核斑的空间距离；5）通过shRNA介导的基因敲降（针对NIPBL、BRD4、WAPL、SON等）调控黏连蛋白活性或核斑结构；6）CRISPRi靶向增强子或药物抑制（A485抑制p300、triptolide抑制转录）进行功能验证。样本来源为IMR90人成纤维细胞系（ATCC）。
**研究结果**
**1. 成纤维细胞活化重塑基因组（Fibroblast activation restructures the genome）**
通过Hi-C分析发现，TGF-β刺激24小时后，成纤维细胞中TADs内部接触频率发生广泛重塑：上调基因所在的TADs强度增强，且与RAD21富集相关。RNA-seq鉴定出544个上调基因和747个下调基因，其中上调基因优先位于增强的TADs中，表明TAD强度变化与早期基因表达改变相关。
**2. 调控黏连蛋白动力学引发不同的成纤维细胞状态（Tuning cohesin dynamics elicits divergent fibroblast cell states）**
敲降黏连蛋白正调控因子NIPBL或BRD4抑制了成纤维细胞活化（胶原凝胶收缩减弱），而敲降负调控因子WAPL则在无TGF-β条件下诱导了肌成纤维细胞样收缩表型。RNA-seq分析发现一组“黏连蛋白敏感基因”（cohesin-sensitive genes），在活化过程中被诱导，且依赖NIPBL/BRD4，而WAPL敲降可在无TGF-β时部分诱导其表达。WAPL敲降不激活SMAD2/3核转位，表明其绕过TGF-β信号。
**3. WAPL敲降产生类似成纤维细胞活化的染色质环（WAPL depletion results in fibroblast-activation-like chromatin looping）**
Hi-C显示，WAPL敲降后TADs强度增强，染色质环数量增加，且与黏连蛋白敏感基因的富集相关。活化过程中增强的环与WAPL敲降后增强的环显著重叠（如73%的TADs无活化增强环与无WAPL增强环重叠）。MEOX1基因座DNA FISH证实，WAPL敲降使TAD边界距离缩短，与活化状态相似，且该效应依赖增强子活性（p300抑制剂A485或CRISPRi靶向增强子可减弱MEOX1表达）。
**4. SON敲降损害成纤维细胞活化（SON depletion impairs fibroblast activation）**
核斑结构蛋白SON敲降导致核斑形态异常并破坏MALAT1定位，且抑制成纤维细胞活化（胶原凝胶收缩减弱）。RNA-seq显示，SON敲降后下调基因富集于黏连蛋白敏感基因的GO类别。MEOX1基因座在活化后靠近核斑，而SON敲降或NIPBL/BRD4敲降阻止了这种靠近；WAPL敲降则使MEOX1在未活化状态下即靠近核斑，且该效应依赖转录活性（A485或triptolide处理可逆转）。
**5. 基因组折叠与核斑是成纤维细胞活化所需的独立途径（Genome folding and nuclear speckles are distinct pathways required for fibroblast activation）**
双敲降实验显示，NIPBL与SON共敲降对MEOX1表达的抑制强于单独敲降，而WAPL与SON共敲降则部分恢复SON敲降导致的表达下降。全基因组分析表明，超过80%的黏连蛋白敏感基因在SON敲降后表达减弱，而WAPL与SON共敲降可部分挽救大部分这类基因的表达。这些结果支持基因组折叠与核斑通过独立途径汇聚调控共同肌成纤维细胞基因转录的模型。
**讨论与结论**
研究结果表明，黏连蛋白介导的基因组折叠与核斑共同调控成纤维细胞活化过程中肌成纤维细胞基因的稳健表达。基因组折叠的改变与基因表达变化相关，且调控黏连蛋白活性足以影响细胞状态。核斑蛋白SON为肌成纤维细胞基因表达所必需。遗传相互作用实验揭示，黏连蛋白依赖性与SON依赖性的基因调控是独立分子途径，但在成纤维细胞活化中汇聚于共享的转录程序。该模型提出，细胞通过整合基因组折叠与空间定位的多重调控输入，缓冲噪声信号，从而确保细胞状态转变的稳定性。研究结论：数据支持一个模型，即黏连蛋白介导的基因组折叠和核斑邻近作为可调的汇聚途径，协调成纤维细胞活化过程中的基因表达变化（图5D）。这一发现拓展了对纤维化疾病的理解，并为通过靶向基因组组织不同层面治疗异常细胞身份相关疾病提供了潜在策略。
