在配子受精后,表观遗传上不同的亲本基因组向全能性方向重编程,随后启动合子基因组激活（ZGA）事件。在小鼠中,ZGA在2-细胞（2C）时期达到峰值,其特征是激活例如Zscan4簇等2-细胞特异性基因和内源性逆转录病毒MERVL的转录。ZGA事件后,细胞的分化潜能逐渐受到限制,全能性的分子特征曾被认为是合子和最早期卵裂胚胎所独有的。小鼠胚胎干细胞（ESC）来源于囊胚时期的内细胞团,因其具有能够发育成所有三胚层细胞的能力而被视为多能性细胞,但其几乎不对胚胎外组织的形成有任何贡献。然而体外培养的小鼠ESC中,有极小部分（0.2%-5%）细胞具有全能性,或者说扩展的多能性,它们具有同时向胚胎组织和胚外组织分化的能力。此类细胞被称为2-细胞样细胞（2CLC）。2CLC的发现为研究早期胚胎以外的全能性和ZGA的分子调控提供了有利的实验工具。为了探究染色质三维结构在调控细胞潜能中的作用,我们使用小鼠ESC中的多能性至全能性转变作为模型,定义了松散的3D基因组构象在建立全能性中的作用。通过使用低细胞起始量组学技术,我们绘制了全能2CLC和多能ESC的全基因组染色质三维构象图谱（Hi-C）,以及它们的转录组（RNA-seq）,染色质可及性（ATAC-seq）和组蛋白修饰图谱（ChIP-seq）。这个丰富的数据集使我们能够研究多能到全能状态转换过程中染色质状态和基因表达的动力学。我们发现,自发的2C样转变期间,ESC的染色质结构变得更加松散,染色质环整体减弱,这不仅包括拓扑关联结构域（TAD）边界环,还包括ESC增强子（特别是超级增强子）及其邻近基因启动子之间的染色质环。两种染色质环的丢失导致TAD边界环的绝缘性和ESC特异的增强子/超级增强子活性下降,进而引起多能基因（如Oct4、Sox2和Nanog）的转录下调。我们还观察到了 ESC向2CLC转变过程中2C增强子的形成。在2C样转变过程中,上调基因（如Nelfa）倾向于具有ESCTAD边界,将它们与相邻的2C增强子分开。因此,破坏ESC中的TAD边界环可能会促进在ESC中偶发激活的2C增强子与附近2C基因的启动子之间的接触,从而促进它们的表达,进而完全激活2C样转录程序。随后,我们进一步证明了松散的染色质结构和全能性获得之间的因果关系。在ESC中破坏染色质架构蛋白CTCF或cohesin以破坏两种染色质环,可以促进2C样转变。综上所述,染色质三维结构在调控细胞潜能中具有关键作用。