國家生物信息中心徐晨歡研究組揭示轉錄因子在天然染色質(zhì)上的動(dòng)態(tài)量化特征
轉錄因子在染色質(zhì)上的單次駐留時(shí)間通常為幾秒至幾十秒。駐留時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化會(huì )影響基因轉錄或染色質(zhì)高級結構。使用甲醛交聯(lián)來(lái)固定細胞核中蛋白質(zhì)-DNA相互作用的染色質(zhì)免疫共沉淀（ChIP）技術(shù)是檢測轉錄因子在染色質(zhì)上駐留水平的常用方法。然而，通常持續10分鐘的甲醛交聯(lián)會(huì )以累積的方式固定短時(shí)的轉錄因子-DNA相互作用，從而扭曲轉錄因子在不同結合位點(diǎn)駐留時(shí)間的差異，擾亂對轉錄因子真實(shí)駐留水平的測定。在未經(jīng)任何化學(xué)交聯(lián)的天然染色質(zhì)（native chromatin）上測定轉錄因子的駐留能力，有助于解析更量化的轉錄因子動(dòng)態(tài)駐留特征及其生物學(xué)意義。
5月14日，國家生物信息中心徐晨歡研究組在Molecular Systems Biology?期刊在線(xiàn)發(fā)表了題為“A continuum of zinc finger transcription factor retention on native chromatin underlies dynamic genome organization”的研究論文。該研究基于優(yōu)化的微球菌核酸酶（MNase）消化，開(kāi)發(fā)了loMNase-seq和N-ChIP技術(shù)，以高分辨率轉錄因子足跡（footprint）的形式，分別測定了天然染色質(zhì)上全局或特定轉錄因子（CTCF、MAZ、ZNF143等）的駐留位點(diǎn)與駐留水平。
單次ChIP實(shí)驗只能提供特定實(shí)驗條件下染色質(zhì)上轉錄因子駐留的信息。利用天然染色質(zhì)可以實(shí)時(shí)響應外部環(huán)境、動(dòng)態(tài)變化的特性，研究人員在連續增強的NaCl濃度下開(kāi)展了一組N-ChIP實(shí)驗，發(fā)現連續增強的鹽濃度可以實(shí)現從天然染色質(zhì)上連續“剝離”轉錄因子CTCF或MAZ的結合，表現為更高鹽濃度的N-ChIP捕獲的轉錄因子駐留位點(diǎn)是更低鹽濃度N-ChIP捕獲的轉錄因子駐留位點(diǎn)的子集。利用在這個(gè)鹽濃度梯度下測定的天然染色質(zhì)上CTCF的結合信號，研究人員進(jìn)一步建立了不同CTCF基序（motif）的“耐鹽得分”——S-score，作為反映CTCF蛋白在天然染色質(zhì)不同基序上實(shí)時(shí)駐留能力的量化指標。與從交聯(lián)ChIP，以及其它天然染色質(zhì)相關(guān)實(shí)驗（CUT&RUN，CUT&Tag等）獲得的CTCF量化駐留信息相比，S-score可以更好地解釋這些CTCF基序的序列特征、CTCF駐留對鋅離子剝奪等應激條件的耐受能力，以及由這些CTCF基序介導的染色質(zhì)環(huán)（chromatin loops）等高級結構在鋅離子剝奪條件下的差異穩定性。這充分展現了使用N-ChIP技術(shù)在天然染色質(zhì)上研究染色質(zhì)高級結構實(shí)時(shí)變化規律的巨大優(yōu)勢。
綜上，該研究定量測定了CTCF、MAZ等轉錄因子在天然染色質(zhì)上的駐留水平，揭示了天然染色質(zhì)上轉錄因子的差異駐留水平是染色質(zhì)高級結構動(dòng)態(tài)特征的基礎，為轉錄因子調控領(lǐng)域的研究提供了兩個(gè)新的實(shí)驗工具，以及一套以遞增鹽濃度為基礎的定量分析方法。
國家生物信息中心徐晨歡研究員為本文的通訊作者，博士研究生胡思玲和劉揚影為本文的共同第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等項目的資助。
天然染色質(zhì)上轉錄因子的差異駐留水平構成染色質(zhì)高級結構動(dòng)態(tài)特征的基礎
