要点：

A：染色质环Loop，包括“启动子-增强子”互作环，是通过基因组区域的紧密物理接近形成的。

1，通过形成相关染色质蛋白和转录因子（蓝色方块）的相分离聚集体（红色阴影），可以稳定它们的相互作用。

2，增强子（黄色核小体）与基因启动子（绿色核小体）结合，以激活单个增强子环（左）或超级增强子（右）中的基因靶标（绿色箭头）。

B：TAD结构单元，是通过粘着马达蛋白Cohesin（浅蓝色）生成的环Loop挤出形成的。

1，转录因子CTCF蛋白（紫色）通过确定粘附素的位置来定义染色质域TAD的边界（金色）。

2，TAD的内部结构由异质聚合物染色质-染色质自相互作用决定，这可能通过相分离（红色阴影）来稳定。黑色箭头表示DNA通过粘着蛋白Cohesin复合物位移方向。

C：染色质隔间Chromatin Compartments（左）：通过多个同型结构域Domain（1-6；绿色和红色）的结合形成。最终巨型固缩形式就是染色体（中间）。

1，多个染色体通过跨核3D结构的同型结构域之间的相互作用而关联，从而形成了异染色质（红色）和常染色质（绿色）的大规模块（右）。

2，核内小体Nuclear bodies（蓝色）充当锚点。转录复合体中心（黄色）通过位于多个位于染色体上的活性基因组区域的通过三维构象层面合并而形成。

知识体系：

染色质环的形成 Formation of Chromatin Loops：

染色质环Loop通过聚合物内自缔合形成（Furlong Levine，2018; Vermunt et al，2019）。1，三维空间中两个相互作用区域的空间接近性是形成功能活性染色质环Loop的明显需求。在环Loop的“挤塑”过程中，粘着蛋白Cohesin限制了染色质纤维Fiber的自由度，并促进了染色质与染色质的相互作用（Hansen，2020）。

2，可能会通过随机染色质-染色质相互作用将环形成为扩散运动的一部分（Chen et al，2018a; Khanna et al，2019）。一旦两个相互作用的区域在空间上并列，它们的相互作用就会被相关的染色质蛋白稳定化（Vermunt et al，2019; Khanna et al，2019）。

3，活细胞中启动子-增强子互作的可视化实验记录了染色质纤维的快速运动，随后在下游靶标基因转录调控激活后持续进行相互作用（Chen et al，2018a）。

4，类似地，在免疫球蛋白的VDJ链重组中，依赖于免疫球蛋白重链基因座区域的长程的相互作用，相互作用的片段仅限于局部运动（Khanna et al，2019）。VDJ基因座动力学过程的观察发现：与基因片段相互作用区域，存在于由自相互作用染色质蛋白形成的凝胶状相（phase：物理化学概念）中（Khanna et al，2019）。

5，物理化学的相分离实验的冷凝物限制了染色质的运动，从而增加了染色质与染色质持续相互作用的可能性（Khanna et al，2019）。由自我相互作用的染色质蛋白介导的相分离也与多种增强子的结合有关（Hnisz et al，2017; Sabari et al，2018）。

染色质结构域的形成 Formation of Chromatin Domains：

TAD的形成的必要条件之一是 环Loop的物理“挤塑”过程（Fudenberg et al，2016; Mirny et al，2019; Nuebler et al，2018）。然后，挤塑的染色质通过聚合物-聚合物自相互作用折叠到自身上以形成域Domain。

1，尽管套环挤塑的过程是有针对性的过程，但内部TAD结构的组织依赖于TAD内染色质与染色质相互作用网络的自组织Self-Orgnization体系。很可能通过细胞核中相（phase）负熵过程分离形成有序稳态的原因之一。

2，高分辨率的显微技术已证明TAD的内部结构由瞬态，高度异质环的异质集合组成。这些环Loop之间存在广泛的相互作用现象（Hsieh et al，2020；Krietenstein et al，2020）。

3，染色质结构域的染色质相关蛋白的相分离出的 超分子缩合物可能会促进这些TAD内的聚合物的相互作用（Erdel Rippe，2018; Gibson et al，2019）。确实，体外和体内证据支持“接头”类型的组蛋白和参与“搭建”染色质结构蛋白 在相分离过程中具有高概率的互作现象发生（Gibson et al，2019; Kim Shendure，2019）。

4，TAD结构中观察到的：染色质-染色质相互作用的异质性heterogeneity（Finn et al，2019; Hsieh  et al，2020; Krietenstein et al，2020）这与自组织形成理论是一致的，因为纤维Fiber内部网络各个细胞之间的相互作用随机且不同。在这种情况下，通过相分离的自组织可以稳定，也可以缓冲TAD的可变内部结构，同时定义出相邻域之间的边界。

染色质隔间和染色体区块的形成Formation of Chromatin Compartments and Chromosome Territories：

尽管环Loop的“挤塑”过程是TAD形成的主要驱动力，但高阶染色质区室Compartment的发生似乎主要是由相分离情况介导的（Mirny et al，2019）。

1，与自组织体系理论一致，染色质区室Compartment的形成涉及位于单个染色体上或独立染色体上的基因组区域之间的同型相互作用。通过这些相互作用，基因组区域合并为不同的域domain凝聚以生成相分离的结构（Nuebler et al，2018）。

2，进一步通过自组织体系理论预测，异型染色质混合时会融合类似类型的染色质，例如异染色质或常染色质。活性和非活性染色体区域的空间分离，着丝粒聚集以及转录活性LAD（ lamina-associated domains：lamina是细胞核核膜内侧的重要结构蛋白）与转录活性LAD之间的分离（Jagannathan et al，2019; Luperchio et al，2020; Shopland et al，2006）。

下图：NE=nuclear envelope 核膜 LAD附着在核膜上。

知识拓展：

Self-organization is a process where some form of order arises out of a random system. The process is spontaneous: it happens on its own. It is not directed or controlled by any agent inside or outside the system. Selforganization occurs in a variety of physical, chemical, biological, social and cognitive systems.

自然界的“自组织”现象：鸟群的定向飞翔。

“自组织”现象的系统科学原理某种解释：

材料来源：

Cell 2020

The Self-Organizing Genome: Principles of Genome Architecture and Function

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