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干細胞也有一個“決定”過程，選擇自己是變成某種特殊類型的細胞，還是繼續保持“多能”的靈活性。美國布朗大學研究人員發明了一種名為MEGA轉換的技術，能分析關鍵轉錄因子的相互作用，有助于再生醫學研究更好地理解干細胞的“多能性”。該研究近日發表在《基因組研究》雜志網站上。 研究顯示，不同的轉錄因子蛋白在細胞中會競爭、合作，按照關鍵的DNA（脫氧核糖核酸）序列形成復雜的結合，這種分子“奪旗”的游戲（一種從敵人基地奪取旗子的戶外或網絡游戲）不斷變換著結盟關系。保持多能性還是分化，以及分化成哪種類型，是干細胞必須面對的選擇。
近幾年，科學家通過“改編程序”成功地把全能細胞轉化為多能干細胞，但使用這些多能細胞的動物罹患腫瘤的風險很高。另外，對于改編程序過程中某些復雜的細節，如轉錄因子如何與DNA相互作用，人們可能存在一些錯誤的認識。布朗大學的威廉姆·費爾布拉澤解釋說：“大部分人認為蛋白質與DNA結合是一種表面的、獨立的事件。但事實上，這些結合事件的發生牽涉到上百個核苷酸。此外，蛋白質在不同的地點結合不同的搭檔，這種相互作用也使它們的功能具有多樣化。” 研究小組利用名為MEGA轉換的結合化驗技術，分析了一段含有31.6萬個字母的DNA片段中幾種關鍵轉錄因子的相互作用。他們以10個堿基對的分辨率檢測了數十萬的序列，來研究轉錄因子蛋白的作用方式。 干細胞是否選擇分化，POU5F1蛋白是關鍵。POU5F1與競爭對手POU2F1蛋白都能和一種8個字母的DNA序列相結合。但哪種蛋白先結合，會影響到一個干細胞是分化還是保持多能態。利用新技術進行的實驗顯示，一種名為SOX2的蛋白是決定因素，該蛋白能幫助這兩種蛋白與DNA序列結合，但它對POU2F1的幫助比對POU5F1更大。 他們還小范圍地觀察了存在于人群中的基因組序列變異和可能導致疾病風險的基因“因果變異”。此外，他們還將MEGA轉換用于其他研究，包括蛋白質之間的相互作用如何影響了RNA（核糖核酸）—蛋白質復合物的形成。 推薦原文出處： Genome Res. doi: 10.1101/gr.115824.110 Combinatorial binding of transcription factors in the pluripotency control regions of the genome Luciana Ferraris1,4, Allan P. Stewart2,4, Jinsuk Kang3,4, Alec M. DeSimone1, Matthew Gemberling1, Dean Tantin3 and William G. Fairbrother1,2,5 Abstract The pluripotency control regions (PluCRs) are defined as genomic regions that are bound by POU5F1, SOX2, and NANOG in vivo. We utilized a high-throughput binding assay to record more than 270,000 different DNA/protein binding measurements along incrementally tiled windows of DNA within these PluCRs. This high-resolution binding map is then used to systematically define the context of POU factor binding, and reveals patterns of cooperativity and competition in the pluripotency network. The most prominent pattern is a pervasive binding competition between POU5F1 and the forkhead transcription factors. Like many transcription factors, POU5F1 is co-expressed with a paralog, POU2F1, that shares an apparently identical binding specificity. By analyzing thousands of binding measurements, we discover context effects that discriminate POU2F1 from POU5F1 binding. Proximal NANOG binding promotes POU5F1 binding, whereas nearby SOX2 binding favors POU2F1. We demonstrate by cross-species comparison and by chromatin immunoprecipitation (ChIP) that the contextual sequence determinants learned in vitro are sufficient to predict POU2F1 binding in vivo. |
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