Nature：新技术找到转录因子功能

　　

生物通报道：来自北卡罗来纳大学教堂山分校，NIH等处的研究人员发表了题为“Genome-wide protein–DNA binding dynamics suggest a molecular clutch for transcription factor function”的文章，利用一种新型方法，分析了酵母转录因子Rap1在整个基因组中的结合动态，从而可以更好研究这一转录因子的功能，这一方法将有助于科学家们实时分析转录情况，相关成果公布在Nature杂志上。

文章的通讯作者是北卡罗来纳大学教堂山分校Jason Lieb博士，其研究组在染色质免疫共沉淀研究技术方面取得了不少成果，比如他们去年曾利用这一方法，提出支持雄性如何只靠一个X染色体生存假设的相关证据。

对于这一最新成果，他表示，“这项研究激动人心，因为我们发现了一种新型方法，来检测计算每个蛋白与其调控不同基因需要延长的距离，这非常重要，因为在基因调控过程中的每个新阶段都会发现相应的新机制。”

传统的染色质免疫沉淀（ChIP）方法实验测量DNA上的转录因子占据情况，但在给定位点上却不能很好预测转录因子的功能。

而在这项研究中，研究人员研发了一种被称为“竞争ChIP”的新方法，这种方法能对DNA-蛋白相互作用的动态作出反应，他们利用这种方法测量了酵母转录因子Rap1在整个基因组中的结合动态。

结果研究人员发现了一系列不同的驻留时间，其中较慢的Rap1动态与转录激发耦合在一起，较快的动态与低表达水平耦合在一起。因此，对于传统ChIP分析来说，看似相同的DNA-结合事件也可能会导致相反的功能后果。

之前这一研究组曾与其他研究者合作，对染色质免疫共沉淀微阵列技术（chromatin immunoprecipitation on array, ChIP-chip）进行了一次系统的分析测评。这项测评工作向人们提供了关于染色质免疫共沉淀微阵列技术的权威信息，并让研究人员深刻认识到该项技术的优势与局限之处。

测评工作的一个核心因素是测评所采用的样品，研究人员仔细合成了2种各包含约100个插入（spike-in）序列的基因组DNA，这些插入序列按一系列已知的摩尔比参杂于其中。各组研究人员在检测这些样品时并不知道这些插入序列的性质、定量范围甚至数目。这次系统分析结果表明，该微阵列方法着实可靠有效。他们认为染色质免疫共沉淀微阵列技术令人印象格外深刻的一点是它不仅能发现靶基因，而且还能确定它们的丰度。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Genome-wide protein–DNA binding dynamics suggest a molecular clutch for transcription factor function

Dynamic access to genetic information is central to organismal development and environmental response. Consequently, genomic processes must be regulated by mechanisms that alter genome function relatively rapidly1, 2, 3, 4. Conventional chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments measure transcription factor occupancy5, but give no indication of kinetics and are poor predictors of transcription factor function at a given locus. To measure transcription-factor-binding dynamics across the genome, we performed competition ChIP (refs 6, 7) with a sequence-specific Saccharomyces cerevisiae transcription factor, Rap1 (ref. 8). Rap1-binding dynamics and Rap1 occupancy were only weakly correlated (R2 = 0.14), but binding dynamics were more strongly linked to function than occupancy. Long Rap1 residence was coupled to transcriptional activation, whereas fast binding turnover, which we refer to as ‘treadmilling’, was linked to low transcriptional output. Thus, DNA-binding events that seem identical by conventional ChIP may have different underlying modes of interaction that lead to opposing functional outcomes. We propose that transcription factor binding turnover is a major point of regulation in determining the functional consequences of transcription factor binding, and is mediated mainly by control of competition between transcription factors and nucleosomes. Our model predicts a clutch-like mechanism that rapidly engages a treadmilling transcription factor into a stable binding state, or vice versa, to modulate transcription factor function.