主要内容 核基因组通过与不同的亚细胞结构，如核膜和核斑点的相互作用，在空间上组织。核膜位于内核膜之下，由层次蛋白中间丝和相关蛋白组成。约30-40%的人类基因组通过不同大小（10 kb到10 Mb）的层状相关域（LADs）锚定在核膜上，这些域包含表现较低的基因。核膜内部，核斑点是富含转录调节因子和RNA剪接因子的点状无膜结构。约10-15%的基因组围绕斑点通过斑点相关域（SPADs）组织，这些域包含表现较高的基因。LADs和SPADs在发育中人类组织中的组织和动态尚不清楚。此外，这种空间基因组组织与其他表观基因组特征之间的功能性相互作用也尚不明确。染色质修饰代表了发育转录调节的关键层面。基因启动子上的H3K4me3与转录激活相关，而H3K27me3标记被抑制的基因。双价染色质的鉴定，特征是H3K4me3和H3K27me3的局部富集，建立了一种范式，即发育基因在未分化细胞中保持在有准备但被抑制的状态。双价状态的解决，转化为H3K4me3或H3K27me3单价状态，分别与基因激活或抑制相关。在细胞分化过程中，H3K4me3单价化并不一定导致转录诱导，表明其他调控机制影响双价域的转录输出。我们对LAD和SPAD组织的理解大多来自细胞培养，因技术挑战和在体内进行此类实验的难度。在本研究中，我们开发了方法，以剖析从中期妊娠人类大脑皮层中急性分离的特定神经发生细胞谱系，能够在体内分析空间基因组组织的动态及其与神经发生过程中局部染色质状态的相互作用。我们的分析确立了亚细胞基因组分隔作为双价性的重要调节因子。功能实验表明，核膜抑制转录，而不依赖于局部H3K27me3。此外，我们发现RNA聚合酶II的关键辅因子在空间上被排除在核膜之外，提供了亚细胞位置如何促进双价基因的准备状态的见解。综上所述，这些发现确立了基因组位点的空间分隔与局部染色质状态之间相互作用作为基因表达程序的基本方面。神经发生期间的全局LAD重塑 在发育中的人类大脑皮层中，放射状胶质细胞（RGs）——主要的神经干细胞群体——产生增殖性中间祖细胞（IPCs），随后产生后有丝分裂的兴奋性神经元（ENs）。使用荧光激活细胞核分选（FANS）结合针对PAX6、EOMES和SATB2的抗体，我们从妊娠周17（GW17）和GW20的人类胎儿的初级皮层脑组织中分离出RGs（PAX6 +）、IPCs（PAX6 + EOMES + ）和ENs（SATB2 + ）的细胞核。对FANS分离的细胞核进行的RNA测序（RNA-seq）分析确认了这些细胞类型的分离和身份。在基因组组织的CUT&RUN技术（GO-CaRT）中，特定亚细胞结构中结合蛋白质的抗体用于靶向融合了蛋白A/G的微球腺苷酸酶（pA/G–MNase），导致切割并释放与结构相关的基因组DNA，接着用下一代测序进行识别。我们使用缺乏pA/G结合的片段结晶区（Fc）结构域的单价片段抗原结合（Fab）片段，以阻止在FANS中使用的抗体，然后再进行GO-CaRT协议。Fab片段在阻止不想要的抗体相互作用方面非常有效，而不干扰后续GO-CaRT实验。在Fab阻断后，我们对GW17和GW20皮层的FANS分离细胞核（约25,000个）进行lamin B1 GO-CaRT分析。lamin B1 GO-CaRT剖面在生物重复之间显示出高度的重现性。跨越神经发生谱系，LADs包含40-46%的基因组，并展示出LADs典型的基因组特征，包括低基因密度和表达。