革新性結(jié)合蛋白分析技術(shù)：SMiLE-seq
日期：2017-01-18 08:49:49
洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)出了一種革新性測(cè)序技術(shù)，能更快，更準(zhǔn)確，更高效的分析DNA結(jié)合蛋白，這將會(huì)改變遺傳學(xué)的游戲規(guī)則。這一研究成果公布在1月16日的Nature Methods雜志上。
基因是指產(chǎn)生細(xì)胞所有蛋白質(zhì)的DNA編碼，作為這一重要生理進(jìn)程的開始，基因首先必須從DNA轉(zhuǎn)錄成RNA，在這個(gè)過程中，被稱為轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合蛋白這一龐大家族會(huì)發(fā)揮重要的作用，因此吸引了許多生物學(xué)家。然而由于這些因子的絕對(duì)數(shù)量，結(jié)合不同堿基對(duì)的能力，以及目前研究分析DNA結(jié)合特性的技術(shù)困難，盡管科學(xué)家做出了許多努力，但是依然無法詳細(xì)了解轉(zhuǎn)錄因子。
最新研究介紹了一種基于微流體的技術(shù)，可以極大地加速這一研究進(jìn)程，并用最少的需要材料更精確高效的進(jìn)行分析，而且也可以延伸到其它分子研究中，比如分析蛋白-RNA相互作用。在這篇文章中，研究人員已經(jīng)使用該技術(shù)來確定了超過60種轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合特性，包括九個(gè)新的轉(zhuǎn)錄因子。
轉(zhuǎn)錄因子
包括人在內(nèi)的哺乳動(dòng)物具有1300-2000個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，其中許多會(huì)與其它轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合成“二聚體”，然后結(jié)合基因并誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄成RNA。一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子可以根據(jù)活性細(xì)胞類型，與不同的轉(zhuǎn)錄因子配對(duì)，因此得到的可能組合數(shù)量非常高。
僅僅了解單個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的特性是不夠的，因?yàn)樗鼈兪桥鋵?duì)的，因此科學(xué)家還需要了解它們的DNA結(jié)合特性，如它們對(duì)DNA的親和力和特異性，其中也包括異二聚體。如果這些轉(zhuǎn)錄因子未來將會(huì)用到生物技術(shù)或制藥，那么這就很關(guān)鍵。不過這也很難進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，因?yàn)樾枰鄬?duì)大量的難以制造的轉(zhuǎn)錄因子。
簡(jiǎn)而言之，分析轉(zhuǎn)錄因子是一項(xiàng)艱巨而異常復(fù)雜的任務(wù)。一些數(shù)據(jù)庫(kù)列出了DNA結(jié)合性質(zhì)，但總的來說，它們只涵蓋約500個(gè)單一的轉(zhuǎn)錄因子，并且只有一部分異二聚體，估計(jì)其范圍在3000和25,000之間。這一研究領(lǐng)域進(jìn)展緩慢，數(shù)據(jù)庫(kù)中可用的內(nèi)容也僅僅在預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)錄因子靶標(biāo)方面具有醫(yī)學(xué)定量?jī)r(jià)值。
SMiLE-seq
新技術(shù)SMiLE-seq可以極大地加速該過程，而且只需要很少量的轉(zhuǎn)錄因子。這一技術(shù)通過在微流體裝置中加入少量的轉(zhuǎn)錄因子（研究異二聚體時(shí)加入多個(gè)因子），一旦轉(zhuǎn)錄因子接觸到微流體芯片的表面，就會(huì)有大量隨機(jī)DNA文庫(kù)被泵入芯片中，從而轉(zhuǎn)錄因子能識(shí)別其相應(yīng)的DNA序列。此后在滴下微流體控制按鈕，就能物理地捕獲轉(zhuǎn)錄因子-DNA復(fù)合物，不結(jié)合的DNA被洗掉。
接下來，將結(jié)合的DNA從裝置中取出并進(jìn)行測(cè)序，分析是其中哪一部分被轉(zhuǎn)錄因子捕獲，這樣得到的信息被輸入到專門的軟件中，幫助研究人員確定轉(zhuǎn)錄因子或異源二聚體的DNA結(jié)合特性。同時(shí)也有助于更好地預(yù)測(cè)其體內(nèi)DNA結(jié)合譜。
SMiLE-seq技術(shù)有三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：第一，它減少了這種類型實(shí)驗(yàn)所需轉(zhuǎn)錄因子的量，僅僅需要皮克級(jí)材料。第二，它大大加快了進(jìn)程，從幾天縮短到不用一個(gè)小時(shí)。最后，SMiLE-seq不受DNA靶序列長(zhǎng)度的限制，也不會(huì)偏向于更強(qiáng)的親和蛋白-DNA相互作用。
這一研究團(tuán)隊(duì)利用SMiLE-seq分析了67個(gè)全長(zhǎng)的人，小鼠和果蠅的轉(zhuǎn)錄因子，成功分析了以前從未研究過的幾個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。未來他們還打算利用該技術(shù)分析其它分子，如RNA。目前這一團(tuán)隊(duì)提交了一項(xiàng)專利，嘗試將SMiLE-seq的技術(shù)概念進(jìn)行商業(yè)化。
