最近，研究人員開發(fā)出一種新技術(shù)，可精確地標(biāo)記“稱為轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控蛋白，是在活細胞的細胞核中哪個部位與DNA相互作用”。

美國辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)學(xué)中心的科學(xué)家，將這項研究結(jié)果發(fā)表在八月六日的《分子細胞》雜志（Molecular Cell）。這項新技術(shù)被稱為SpDamID，可讓科學(xué)家回答現(xiàn)有技術(shù)無法解決的、有關(guān)“組織發(fā)育和疾病”的基本問題。

本文資深作者、辛辛那提兒童醫(yī)院發(fā)育生物學(xué)主任Raphael Kopan博士指出：“這項技術(shù)的進一步發(fā)展，將使研究人員深入探討用現(xiàn)有工具無法回答的生物學(xué)問題。這種方法可能會改變我們的研究。”

細胞過程主要是由多種轉(zhuǎn)錄因子的共同作用而調(diào)節(jié)的，轉(zhuǎn)錄因子是結(jié)合染色體上特定DNA位點的蛋白質(zhì)，可指引細胞應(yīng)該做什么。疾病的過程通常開始于轉(zhuǎn)錄因子中的突變，或它們結(jié)合的DNA。這些遺傳變異可能導(dǎo)致細胞生長失控，逃避免疫系統(tǒng)，或不能執(zhí)行保持健康所必需的基本功能。

要了解有缺陷的疾病過程，研究人員需要追蹤轉(zhuǎn)錄因子在何處以及如何與DNA相互作用，以確定健康細胞和患病細胞之間的差異。考慮到人類基因組的大小，目前用于跟蹤蛋白質(zhì)基因相互作用的研究方法，可能是繁瑣的、耗時的，而且不總是確定性的。

今天常用的一種流行方法，被稱為染色質(zhì)免疫沉淀，結(jié)合新一代基因測序（ChIP-seq）。ChIP-seq的缺陷在于，它不能提供單個細胞中轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的確切細節(jié)，因為它采集的樣本事件發(fā)生在細胞暴露于各種有毒化學(xué)物質(zhì)之后。關(guān)于一條DNA單鏈被不同轉(zhuǎn)錄因子占用的任何結(jié)論，都是基于推論。延伸閱讀：掌握技巧，做好ChIP-Seq并不難[創(chuàng)新技巧]。

研究人員報道稱，Kopan及其同事Matthew Hass博士開發(fā)的SpDamID技術(shù)，對于這些分析來說，是一種精確、快速和有效的方法。SpDamID是唯一能夠識別與多個蛋白相互作用的DNA的方法，這通常是基因調(diào)控中的關(guān)鍵一步。

作者報道稱，SpDamID可標(biāo)記活細胞中的DNA，并且僅在兩個標(biāo)記的蛋白在相同的DNA鏈上彼此接近相互作用的情況下。該技術(shù)是基于先前的一種稱為DamID的方法。Dam是一種酶（稱為DNA腺嘌呤甲基化酶）的首字母縮寫。

Hass和Kopan開發(fā)的方法，涉及到將Dam分裂為二，將一個功能性蛋白對半分為兩個不活躍的部分。研究人員將這些不活躍的DAM部分與他們認為彼此靠近結(jié)合的蛋白連接起來，或者說，為了結(jié)合DNA，它們彼此之間是相互作用的。這使得Dam酶再次變得活躍起來，并標(biāo)記染色體上兩個蛋白相互作用的任何位置。

因為只有當(dāng)兩個蛋白是在同一個細胞中，并在同一段DNA上時，才會發(fā)生這個反應(yīng)，因此，這無疑能夠確定一對蛋白質(zhì)的同步結(jié)合。此外，與ChIP-seq相比，該方法需要較少的細胞，從而可讓研究過程持續(xù)的時間有限，或者發(fā)生在小的細胞群中。

在目前的研究中，為了證明SpDamID的能力，作者在小鼠腎祖細胞（Mk4細胞）中分析了Notch介導(dǎo)的的轉(zhuǎn)錄激活。自1990年以來，Notch——參與和大部分組織器官發(fā)育和維持的關(guān)鍵分子，一直都是Kopan實驗室的焦點。這種分子的缺陷，在多種疾病中發(fā)揮核心作用，包括遺傳性腎臟疾?。ǚQ為Alagille綜合征）、腫瘤、CADASIL和多發(fā)性硬化癥。

Hass稱，他們開發(fā)出SpDamID，用以回答一些關(guān)于“Mk4細胞核中Notch轉(zhuǎn)錄調(diào)控”的重要問題。Notch是一種不直接與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)。當(dāng)Notch被打開時，它只在與一個DNA結(jié)合伴侶結(jié)合之后，才能結(jié)合DNA。反過來，Notch和它的合作伙伴可招募許多其他蛋白質(zhì)，在幾個關(guān)鍵位置打開轉(zhuǎn)錄。”

作者報告說，當(dāng)DAM不活躍的那一半附著于Notch及其重新結(jié)合的伙伴時，它們會重新激活并標(biāo)記腎細胞中的結(jié)合DNA。這讓研究人員能夠確定存在Notch的所有關(guān)鍵位置。此外，這些位點靠近另一個轉(zhuǎn)錄因子Runx1著陸的位點。作者用SpDamID表明，Notch和RUNX1在同一細胞內(nèi)被結(jié)合到同一染色體上，用ChIP-seq他們不可能收集到這一證據(jù)。

Kopan和Hass表示，該技術(shù)將允許調(diào)查人員能夠比較正常細胞和病變細胞中任何轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，這可以提供“疾病引發(fā)因素”的新見解。

作者強調(diào)說，幾乎每天都會報道新的研究技術(shù)，SpDamID對科學(xué)界的全面影響將在幾年后得以評判。他們說，SpDamID的確為調(diào)查人員提供了一種工具，能夠解決目前其他研究工具無法解決的問題。