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本研究发现，短暂抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）可诱导小鼠胚胎干细胞（mESCs）产生基因表达和三维（3D）基因组折叠的细胞记忆。通过RNA测序（RNA-seq）、染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）和超深Micro-C分析，揭示了组蛋白修饰（如H3K27ac、H3K4me1）与染色质构象（如A/B区室、染色质环）的动态互作。关键发现包括：HDAC抑制剂（如TSA）扰动后，部分基因表达和3D结构变化在扰动解除后仍持续存在，且Polycomb介导的染色质拓扑（如PRC1环）在维持基因抑制记忆中有核心作用。这为理解表观遗传记忆和细胞适应性提供了新视角。
HDAC抑制改变表观基因组和转录组
研究团队使用组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂曲古抑菌素A（TSA）对小鼠胚胎干细胞（mESCs）进行4小时脉冲处理，以破坏染色质状态平衡。优化后的条件可强烈诱导组蛋白超乙酰化，同时最小化对乙酰化组和细胞周期进程的影响。
ChIP-seq结果显示，急性TSA处理诱导全基因组范围的H3K27超乙酰化，发生在顺式调控元件、基因体和基因间区域。将基因组区间分类为活跃和抑制状态后发现，TSA处理使更大比例的基因组处于活跃状态，差异峰注释指向发育过程放大和多能性抑制。RNA-seq分析证实，下调基因与干细胞群体维持相关，上调基因与神经谱系发育成熟相关。
染色质结构变化
超深Micro-C图谱显示，TSA处理导致反式接触显著增加，顺式相互作用减少，A区室相互作用减少而B-B相互作用增强。三维聚合物建模表明，TSA构象与A结构域刚度增加兼容，成功预测了区室强度转换。模型还预测A结构域向核周边位移，经免疫荧光证实。
研究识别出3000多个差异环强度焦点，与发育基因座强烈相关。CTCF介导的环整体变弱，而非CTCF环（携带激活或抑制特征）增强。核HDAC抑制剂罗米地辛实验显示几乎相同的转录反应和3D基因组折叠变化。
表观基因组与基因表达调控
上调转录起始位点（TSSs）富含获得H3K27ac信号的峰，伴随染色质可及性适度增加和H3K4me1显著增益。部分上调基因检测到重叠的H3K4me3和H3K27me3信号，暗示双价基因易受去抑制影响。线性接近度分析显示，获得H3K4me1的区域并不比上调基因启动子更接近，基因表达上调发生在启动子接触无变化情况下。
下调TSSs附近同样获得激活标记，但激活标记信号减少的区域更常位于其附近。H2AK119ub信号在上下调TSS周围均增加。部分下调TSSs富含Myc和YY1结合，其周围启动子环变得更强，部分最强下调基因周围形成新生环，存在于现有H3K9me3位点。
细胞恢复能力
TSA去除24小时后，蛋白质乙酰化恢复，过量H3K27ac、H3K4me1和染色质可及性立即恢复，H3K27ac峰在TSSs周围重新富集。转录失调几乎完全逆转，仅少数基因残留失调。延长恢复时间（48-96小时）差异表达基因数量反而增加，16-20小时最低，表明24小时为最佳恢复点。
gastruloids和神经祖细胞（NPCs）实验显示类似恢复模式，支持HDAC抑制影响深远但恢复有效的结论。然而，细胞保持部分TSA脉冲记忆。
基因组结构记忆
令人惊讶的是，染色质构象未完全恢复。顺式-反式比率部分恢复，顺式接触耗竭持续，特别是A区室。B-B相互作用在顺式中仍然突出。F11、Klkb1和Cyp4v3等基因座在恢复后保持A区室身份，尽管基因表达已恢复。部分基因组位点环强度在整个恢复期间保持增强。
重复暴露与细胞记忆
第二次TSA处理和恢复周期显示，恢复更不完全，数百基因保持强烈失调，与发育过程相关。分层分析显示，大多数基因在天然和异位状态间振荡，部分子集显示逐渐加重的失调，指示细胞记忆。
未恢复基因的特征：上调基因具有弥散但强大的预先存在增强子-启动子（E-P）接触和更高成环倾向；下调基因是Polycomb靶标，启动子周围富集H3K27me3，伴随Polycomb环显著增强，H3K27me3水平无重大变化。
PRC1介导的记忆机制
Ring1B ChIP-seq显示恢复后超过8000位点PRC1结合增加，但H3K27me3和H2AK119ub无持续增加。消耗典型PRC1亚基PCGF2破坏Polycomb介导的环，使未恢复基因数量减少超过两倍，重写了TSA记忆反应。部分基因下调独立于PRC1介导的环，Ring1B增加程度较小。
结论：PRC1介导的空间聚类负责TSA诱导的Polycomb靶基因持续下调。
讨论
本研究描述了表观遗传修饰和基因组折叠相互作用调节mESC转录程序。组蛋白乙酰化急性扰动迅速转化为组蛋白甲基化和3D染色质组织变化。大多数表观基因组变化可逆，但3D基因组折叠某些改变持续存在，与部分基因组位点转录记忆效应相关。
TSA处理观察到广泛H3K4me1沉积，暗示新增强子部署，可能是基因上调主要驱动因素。H3K27乙酰化似乎先于H3K4me1沉积，对增强子激活事件序列提出疑问。基因上调发生在E-P接触无变化情况下，预先存在的E-P接触与记忆效应相关，可能使基因预备激活。
异位染色质激活增强抑制性位点之间的环，特别是Polycomb接触，是持续基因下调的核心。Polycomb位点增强空间隔离似乎是抑制机制核心，构成基于结构的记忆。PRC1介导的空间聚类破坏调节了转录记忆反应。
急性乙酰化景观破坏导致全局基因组折叠重要变化，反式接触增加指出组蛋白乙酰化是染色体内相互作用和染色体领土的重要决定因素。生物物理建模表明，增加染色质刚度可概括观察到的反式接触比率，染色质刚度是染色体间接触和A/B区室化的重要生物物理决定因素。
扰动的区室相互作用可在恢复期后部分持续，表明3D结构携带过去状态的记忆，可通过滞后现象解释。3D基因组折叠可能是稳定表观遗传记忆的关键元素。
细胞记录先前刺激并触发对后续刺激增强反应的能力对人类健康具有潜在影响，常用表观药物反复施用可能诱导值得进一步研究的长期效应。
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