来源：iNature（ID：Plant_ihuman）
尽管在检测开放染色质区域的基因组测序策略方面取得了巨大进步，但构建功能性 DNA-蛋白质转录机器的蛋白质复合物仍然未知。基因组和蛋白质组解析的不平衡阻碍了研究人员对转录调控的理解；然而，到目前为止，还没有蛋白质组规模的方法来检测与开放染色质结合的蛋白质复合物。
2021年10月22日，复旦大学丁琛，贺福初及上海交通大学Yang Wenjun共同通讯在Science Advances在线发表题为“Proteome-wide profiling of transcriptional machinery on accessible chromatin with biotinylated transposons”的研究论文，该研究为了直接和定量地识别组装在可接近染色质上的转录蛋白复合物，该研究开发了一种基于生物素化接头直接转座到开放染色质中的质谱 (ATAC-MS) 检测转座酶可接近的染色质。
ATAC-seq 与激活的基因序列信息相结合，ATAC-MS 分析可接近的染色质 - 蛋白质机器。ATAC-MS 与fractionation策略 (fATAC-MS) 相结合，可以提供高分辨率的染色质转录机器图谱。具有新型 Tn5-dCas9 融合蛋白的 ATAC-MS[dCas9靶向 ATAC-MS (ctATAC-MS)]进一步促进了对特定开放染色质区域转录机器的系统定位。该研究使用 ATAC-MS 和 ATAC-seq 研究了 C2C12 细胞分化过程中的转录调控，并证明了 RFX1 在调节 C2C12 细胞增殖和分化中的作用。该研究策略提供了一个通用工具箱，包括 ATAC-MS、fATAC-MS 和 ctATAC-MS，这使研究人员能够描绘基因组规模的转录调控机器图谱，并研究特定基因组位点的蛋白质-DNA 复合物。
基因转录由 DNA-蛋白质相互作用精确控制。真核基因组被分层包装到染色质中，染色质在调节基因表达中起着核心作用。动态染色质可及性变化反映了决定细胞和组织命运的时间和空间转录模式。在基因组学领域，有许多有用的测序方法可通过使用阳性和阴性转录标记评估基因组占用，来检测染色质可及性。例如，H3K4Me3 和 H3K27Ac 的染色质免疫沉淀 (ChIP) 可用于定义基因组的活性区域 ，而 H3K27Me3 的 ChIP 可用于精确定位基因抑制区域 。
开放染色质区域也可以通过转录因子 (TF) 或核小体占据的基因组区域的测序来推断。微球菌核酸酶消化 (MNase-seq)靶向并绘制总核小体群以间接预测开放染色质区域；脱氧核糖核酸酶 I-超敏位点测序 (DNase-seq)和甲醛辅助的调节元件分离与测序 (FAIRE-seq)可用于对 TF 占据的 DNA 进行测序并直接绘制开放染色质。尽管上述策略在研究中得到广泛应用，但仍存在灵敏度低和材料需求高的缺点。由于其高灵敏度和稳健性，ATAC-seq 已成为一种流行的技术，并已广泛应用于生物学研究。
尽管在检测开放染色质区域的基因组测序策略方面取得了巨大进步，但构建功能性 DNA-蛋白质转录机器的蛋白质复合物仍然未知。基因组和蛋白质组解析的不平衡阻碍了研究人员对转录调控的理解；然而，到目前为止，还没有蛋白质组规模的方法来检测与开放染色质结合的蛋白质复合物。
以前，研究人员开发了一种在蛋白质组尺度上识别内源性 TF 的方法，该方法使用合成 DNA 来富集TF，该方法包含串联的共有 TF 响应元件 (TFRE) 的串联阵列。TFRE 方法结合尖端的质谱 (MS) 技术能够在蛋白质水平上实现深入的 TF 和转录共调节 (TC) 覆盖。然而，它不能用于实时检测体内开放染色质结合蛋白复合物，因为它需要将核提取物与人工 TFRE-DNA 诱饵进行体外孵育。
转录蛋白机器可以通过 RNA-seq 方法通过转录组的量化来间接推断，以预测上游 TFs/TCs 的存在和动态。预测转录蛋白机器的更准确策略涉及集成的 ATAC-seq 和 RNA-seq 分析。ATAC-seq 提供有关开放染色质上潜在 TF/TC DNA 结合基序的信息，RNA-seq 提供有关潜在 TF/TC 下游靶基因 (TG) 表达丰度的信息。大多数 TFs/TCs 不能仅通过 DNA/RNA 序列的预测来揭示。迫切需要一种直接方法来确定蛋白质机器与开放染色质的原位结合，以研究所涉及的蛋白质和转录调控机器。
在这里，该研究报告了使用生物素化转座子对可接近染色质的转录机器进行全蛋白质组分析的结果。该研究使用高活性转座子 5 (Tn5) 转座酶将生物素化接头加载到活性调节元件上。用链霉亲和素珠纯化可接近的染色质的蛋白质-DNA 复合物，使研究人员能够直接并行检测蛋白质机器（通过 ATAC-MS）和占据的开放染色质区域（通过 ATAC-seq），全面描述转录机器蛋白质组学和基因组信息。
该研究监测了由肿瘤坏死因子-α (TNF-α) 诱导的核因子 κB (NF-κB) 家族和下游 TG 的激活，证明了 ATAC-MS 用于跟踪 TF 动力学的可行性。该研究还观察到雌激素受体 1 (ESR1) 与受 17β-雌二醇 (E2) 和 4-羟基三苯氧胺 (4-HT) 调节的共激活剂和共阻遏物的组装，证明了 ATAC-MS 描述 TC 景观的独特能力。该研究接下来使用 dCas9 靶向 ATAC-MS (ctATAC-MS) 和 E-box 单向导 RNA (sgRNA) 在小鼠肝脏昼夜节律模型中研究了靶向增强子盒 (E-box) DNA 序列的蛋白质调节机器。最后，该研究使用 ATAC-MS 来研究 C2C12 细胞分化过程中的转录调控机器。TF 调节因子 X1 (RFX1) 被鉴定并证明可以调节 C2C12 细胞的增殖和分化。
参考消息：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh1022#con13
本文版权归原作者所有，文章内容不代表平台观点或立场。如有关于文章内容、版权或其他问题请与我方联系，我方将在核实情况后对相关内容做删除或保留处理！联系邮箱: yzhao@koushare.com