生物学家捕捉到调控蛋白和它们的全基因组目标之间短暂的相互作用

纽约大学的生物学家捕捉到转录因子(控制基因表达的蛋白质)与基因组中靶基因之间高度短暂的相互作用，并表明这些通常被忽略的相互作用具有重要的实际意义。在《自然通讯》(Nature Communications)上发表的一项新研究中，研究人员开发了一种方法来捕捉NLP7的瞬时相互作用，揭示出植物对氮的大部分反应是由这些短暂的调节相互作用控制的。NLP7是一种主转录因子，参与了植物对氮的利用。

“我们在全基因组范围内捕获瞬时转录因子-靶标相互作用的方法可以应用于验证在农业或医学中任何感兴趣的通路中转录因子的动态相互作用，”Gloria Coruzzi、Carroll &弥尔顿·皮特里，纽约大学生物系教授，基因组学和系统生物学中心教授，论文资深作者。

调节蛋白和DNA之间的动态相互作用对于触发基因的受控表达进入RNA以响应细胞或外部环境的变化是很重要的。然而，转录因子与其全基因组靶标之间潜在的瞬时相互作用在很大程度上被忽略了，因为目前的生化方法要求转录因子与其DNA靶标之间的相互作用是稳定的，而不是快速的。

在《自然通讯》的研究中，研究人员发现了NLP7和靶基因之间难以捉摸的短暂相互作用。NLP7是植物体内的一种主转录因子，调节植物生长对氮的吸收。氮是植物生长发育的重要营养元素，存在于土壤和肥料中。

研究人员捕获了NLP7与全基因组目标的高度瞬态相互作用，甚至在NLP7核导入后几分钟内完成的生化检测方法也无法捕获这些目标。他们将NLP7与来自细菌的DNA甲基化酶融合，然后诱导其进入植物细胞的细胞核。NLP7在任何时候接触到基因——即使是短暂的接触——都会在DNA上留下永久的甲基化标记。他们还表明，NLP7和它在基因组中的靶基因之间的这种高度短暂的相互作用导致了新的和持续的基因转录进入RNA。

“我们发现，在整个植物中，超过50%的NLP7调控基因涉及高度瞬时的转录因子- dna相互作用，这些相互作用发生在从分离的植物细胞中捕获的受控NLP7核导入后5分钟内。此外，短暂的NLP7结合激活了一个转录级联，调节整个植物根中50%以上的氮应答基因，”Coruzzi解释说。

考虑到植物对氮的半数以上的基因反应是由与NLP7的短暂相互作用控制的，研究人员注意到，NLP7这些难以捉摸的全基因组靶点的发现对提高氮素利用效率有意义，这将有利于农业和可持续发展。

除了Coruzzi，研究报告的作者还包括纽约大学基因组学和系统生物学中心的Jose Miguel Alvarez和智利的Universidad Mayor;纽约大学基因组学和系统生物学中心的安娜-莉娜·辛克、马修·布鲁克斯、安吉洛·帕斯基诺和劳里贝斯·莱昂内利;普渡大学的Kranthi Varala;Alaeddine Safi，法国蒙彼利埃CNRS的Gabriel Krouk和法国凡尔赛的Anne Krapp。这项研究得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的国立普通医学科学研究所(National Institute of General Medical Sciences)的支持(GM032877;F32GM116347)和国家科学基金会的植物基因组研究项目(ios1339362)，以及部分由国家科学研究中心(CNRS)和LabEx Saclay植物科学- sps (ANR-10-LABX-0040-SPS)资助的国际合作实验室(liaa – coopnet)。