传统的短读长染色质分析（如 scATAC-seq、DNase-seq）在进行人类基因组分析时，依赖3Gbp 基因组拼接，难以解析二倍体基因组的单倍型差异（但人类基因组实际上是二倍体，总大小6G），且在片段重复（SD）区域存在 mapping 偏差，无法准确量化等位基因特异性染色质可及性。

来自华盛顿大学的研究团队开发了FIRE（Fiber-seq Inferred Regulatory Elements） 方法，通过Fiber-seq技术（基于HiFi测序的染色质可及性检测方法）实现了对人类 6 Gbp 二倍体基因组的单倍型分辨染色质可及性分析。FIRE 克服了短读长测序的局限，能精准识别调控元件，揭示了单倍型选择性染色质可及性（HSCA） 的广泛存在，包括新型印记元件（不依赖亲源 CpG 甲基化差异）、疾病相关遗传变异对调控模式的破坏、HLA 基因座的高调控多样性，以及体细胞表观突变（mitotically stable）的克隆扩张机制。此外，该方法解析了 X 染色体失活（XCI）中 CTCF 元件的边界作用及基因逃逸机制，为理解人类基因调控的复杂性和疾病机制提供了全新视角。这一研究成果于2025年6月发表于预印本bioRxiv上：A haplotype-resolved view of human gene regulation（https://doi.org/10.1101/2024.06.14.599122）。

 
单倍型分辨的基因调控发现：

1）单倍型选择性染色质可及性（HSCA）

在GM12878 中识别出 9,773 个名义显著 HSCA 元件，1,231 个全基因组显著。HSCA 的驱动机制可分为三类：① 遗传变异驱动（56% HSCA），元件内含杂合变异，富集 GWAS 疾病关联变异，且在不同组织中调控模式一致（R=0.76）；② 印记驱动（5% HSCA），依赖亲源来源，包括传统 CpG 甲基化依赖型及新型非甲基化依赖型（如 MAGEL2 区域）；③ 体细胞表观突变驱动（44% HSCA，HSCA-noVar），无遗传变异，调控模式在不同组织中不一致（R=0.15），随克隆扩张积累，呈非遗传确定性。

 
2）新型印记元件

发现 30 个在 13 个成纤维细胞系中表现一致亲源偏倚的 HSCA 元件，其中 5 个为新型印记元件，不依赖亲源 CpG 甲基化差异（如 MAGEL2、ZDBF2 区域）。

 
3）HLA 基因座的调控多样性

免疫细胞特异性：CD8+ T 细胞的 HLA II 类区域 HSCA 富集最显著（校正 p=0.0013）， lymphoblastoid 细胞则涵盖 HLA I 类和 II 类区域。

疾病关联：解析乳糜泻相关变异 rs9271894，发现其破坏 E-box 与 CCAAT 框的协同转录因子结合，导致单倍型选择性调控异常。

 
4）体细胞表观突变

无遗传变异的 HSCA 元件（HSCA-noVar）在不同组织 / 细胞系中表现非确定性（如 COLO829BL 与 COLO829T 的 R=0.15）。成纤维细胞克隆扩张程度与 HSCA-noVar 数量正相关（R=0.95），表明表观突变随克隆扩张积累。

 
5）X 染色体失活（XCI）机制

FIRE 通过单倍型分析发现：① CTCF 元件的边界作用，78.9% Xi 特异性元件为 CTCF 结合位点，可隔离 XCI 区域与逃逸区域（如 UBA1 基因的 CTCF 元件在 Xa 和 Xi 均有结合）；② 基因逃逸的条件，仅启动子可及性不足以实现逃逸，需近端（5 kb 内）调控元件共同激活（逃逸基因的近端逃逸元件数量是失活基因的 51-71 倍）；③ 元件分类，63% 元件为 Xa 特异性，34% 为共享，其中共享元件多为 CTCF 或逃逸基因启动子，直接关联转录活性。

总结：

FIRE 方法通过长读测序实现了二倍体基因组的单倍型分辨调控分析，揭示了 HSCA 的广泛存在及多种驱动机制（遗传变异、印记、表观突变），解析了 HLA 基因座的高调控多样性和 XCI 的分子细节。该研究为理解人类基因调控的复杂性、疾病关联变异的功能解析提供了关键工具和全新视角。

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