《Nature | 人类序列特异性转录因子的位置依赖性功能》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-07-19
  • 2024年7月17日,华盛顿州立大学等机构的研究人员在Nature发表了题为Position-dependent function of human sequence-specific transcription factors的文章。

    转录活动的模式是通过启动子或增强子等调控元件编码到我们的基因组中的,但矛盾的是,这些调控元件包含类似的序列特异性转录因子(TF)结合位点。了解这些序列基调如何编码多个(通常是重叠的)基因表达程序,对于理解基因调控以及非编码DNA突变在疾病中的表现至关重要。

    该研究从单个转录起始位点(TSS)的角度研究基因调控,利用自然遗传变异、内源性 TF 蛋白水平的扰动以及对天然和合成调控元件的大规模并行分析,表明 TF 结合对转录起始的影响与位置有关。通过分析 TF 结合位点相对于 TSS 的出现情况,研究人员发现了几个具有高度优先定位的图案。研究人员发现,这些模式是 TF 不同功能特征的组合--许多 TF,包括 NRF1、NFY 和 Sp1 等典型激活因子,会根据它们相对于 TSS 的精确位置激活或抑制转录启动。 因此,TFs 及其间距共同引导着转录启动的位点和频率。更广泛地说,这些发现揭示了类似的TF结合位点如何根据其空间配置产生不同的基因调控结果,以及DNA序列多态性如何导致转录变异和疾病,并强调了TSS数据在解码基因组调控信息中的关键作用。

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07662-z
相关报告
  • 《Nature | 序列特异性 DNA 结合蛋白的计算设计》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:朱晓琳
    • 发布时间:2025-09-14
    •     序列特异性 DNA 结合蛋白(DBPs)在生物学和生物技术领域发挥关键作用,人们对设计具有新特异性或改变后特异性的 DBPs 用于基因组编辑等应用抱有浓厚兴趣。尽管通过筛选方法对天然 DBPs 进行重编程已取得一定成功,但设计能识别任意目标位点的新型 DBPs 仍面临重大挑战。     本文介绍了一种计算设计方法,可生成能通过与 DNA 大沟中碱基相互作用来识别短特异性目标序列的小型 DBPs。利用该方法,研究人员针对 5 个不同的 DNA 靶点设计出结合剂,其亲和力达到中纳摩尔至高三纳摩尔水平。单个结合模块在多达 6 个碱基对位置上的特异性与计算模型高度匹配,且通过 RFdiffusion 将结合剂沿 DNA 双螺旋刚性定位,可实现更高阶的特异性。     经测定,设计的 DBP - 靶点复合物的晶体结构与设计模型高度一致,且这些设计的 DBPs 在大肠杆菌和哺乳动物细胞中均能发挥功能,可抑制和激活邻近基因的转录。此外,研究还通过酵母展示细胞分选进行 DBP 的生成与筛选,通过 X 射线共晶学和 DBP 足迹分析验证设计的有效性,对 DBP 特异性进行评估与优化,并证实设计的 DBPs 能在活细胞中调节转录。     该方法为生成小型且易于递送的序列特异性 DBPs 提供了途径,可用于基因调控和编辑,在合成生物学及其他需要序列特异性 DNA 识别的领域具有广泛应用前景。 序列特异性 DNA 结合蛋白(DBPs)在生物学和生物技术领域发挥关键作用,人们对设计具有新特异性或改变后特异性的 DBPs 用于基因组编辑等应用抱有浓厚兴趣。尽管通过筛选方法对天然 DBPs 进行重编程已取得一定成功,但设计能识别任意目标位点的新型 DBPs 仍面临重大挑战。 本文介绍了一种计算设计方法,可生成能通过与 DNA 大沟中碱基相互作用来识别短特异性目标序列的小型 DBPs。利用该方法,研究人员针对 5 个不同的 DNA 靶点设计出结合剂,其亲和力达到中纳摩尔至高三纳摩尔水平。单个结合模块在多达 6 个碱基对位置上的特异性与计算模型高度匹配,且通过 RFdiffusion 将结合剂沿 DNA 双螺旋刚性定位,可实现更高阶的特异性。 经测定,设计的 DBP - 靶点复合物的晶体结构与设计模型高度一致,且这些设计的 DBPs 在大肠杆菌和哺乳动物细胞中均能发挥功能,可抑制和激活邻近基因的转录。此外,研究还通过酵母展示细胞分选进行 DBP 的生成与筛选,通过 X 射线共晶学和 DBP 足迹分析验证设计的有效性,对 DBP 特异性进行评估与优化,并证实设计的 DBPs 能在活细胞中调节转录。 该方法为生成小型且易于递送的序列特异性 DBPs 提供了途径,可用于基因调控和编辑,在合成生物学及其他需要序列特异性 DNA 识别的领域具有广泛应用前景。
  • 《Nature | 解析人类酪氨酸激酶组内在底物特异性》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-05-10
    • 2024年5月8日,哈佛医学院Jared L. Johnson通讯在Nature发表题为The intrinsic substrate specificity of the human tyrosine kinome的文章,研究了人类酪氨酸激酶组的内在底物特异性,揭示了这些酶协调的细胞信号级联的机制基础。 研究人员采用了一种创新的组合肽阵列方法来分析所有78种具有催化活性的传统酪氨酸激酶的磷酸化位点基序,以及15种以前被归类为丝氨酸/苏氨酸激酶但表现出收敛酪氨酸磷酸化活性的非典型激酶。这些发现揭示了酪氨酸激酶组内磷酸化位点特异性的显著多样性,不同的激酶对磷酸化酪氨酸残基周围的独特氨基酸模式表现出偏好。这种特异性主要在相对于磷酸受体酪氨酸的位置-1至+3处观察到,某些残基被不同的激酶簇所青睐或不喜爱。该研究还发现了一种称为“磷酸启动(phosphopriming)”的现象,即许多酪氨酸激酶选择性地磷酸化具有相邻预先存在的磷酸化残基的底物,这表明了信号整合互作的机制。 研究人员开发了一种生物信息学方法来对每种酪氨酸激酶的潜在底物进行评分和排序,从而能够鉴定负责磷酸化人类酪氨酸磷酸蛋白质组中特定位点的同源激酶。这种方法准确地概括了已知的激酶-底物关系,并为进一步研究指定了新的假定底物。这项研究揭示了三类酪氨酸磷酸化位点:构成信号网络的汇聚点的那些被预测为受广谱激酶青睐的位点;对有限数量的激酶表现出排他性的位点;和相当一部分与传统酪氨酸激酶不匹配,表明涉及替代机制或非典型激酶的位点。 此外,研究人员系统地检查了酪氨酸激酶基序和SH2结构域的特异性之间的重叠,后者识别并结合含磷酸酪氨酸的序列,为信号通路的组织和多蛋白复合物的招募提供了见解。值得注意的是,这项研究揭示了酪氨酸激酶底物特异性的惊人进化的保守性。尽管存在数亿年的进化差异,来自秀丽隐杆线虫的激酶表现出与人类同类相似的基序偏好。这种保守性可能反映了保留激酶和底物序列的特定作用以维持生物体适应性的必要性。 总之,这篇论文种对人类酪氨酸激酶组底物特异性的全面解析代表了我们对细胞信号机制的理解的重大进展,并为阐明癌症等疾病中失调的激酶活性提供了宝贵的资源。