作者:陈小华等 来源:《自然-化学》 发布时间:2023/4/27 23:21:49
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时空可分辨全局性解析蛋白质-DNA相互作用

 

北京时间2023年4月27日,中国科学院上海药物研究所陈小华课题组与谭敏佳课题组合作在Nature Chemistry期刊上发表题为“Spatiotemporal and global profiling of DNA–protein interactions enables discovery of low-affinity transcription factors”的研究论文。

该研究报道了一种解析蛋白质-DNA相互作用的新方法(Light-Induced Lysine (K) Enabled Crosslinking,简称LIKE-XL),结合质谱分析可发现与DNA探针相互作用的转录因子,能够时空可分辨解析低亲和力的转录因子-DNA相互作用;进而实现在不同条件下相关转录因子与特定序列DNA探针动态相互作用解析,为全局性分析蛋白质-DNA的动态相互作用提供了一种新方法。

上海药物所陈小华研究员、谭敏佳研究员为本论文的通讯作者;郭安娣、闫克念、胡昊为本论文的共同第一作者。

蛋白质与DNA的相互作用在生物学过程中发挥着关键作用。精确解析蛋白质-DNA相互作用能够揭示二者相互识别机制和动态变化,对于深入理解生理和病理条件下基因的调控机制至关重要。虽然已有的研究方法在表征高亲和力的DNA-蛋白质(尤其是转录因子)的识别和作用机制方面取得了很大的进展,但是对于生物体系中低丰度的蛋白质,以及动态、微弱的蛋白质-DNA复合物的分析仍极具挑战。

为了实现时空动态的蛋白质-DNA相互作用全景解析,中国科学院上海药物研究所陈小华课题组和谭敏佳课题组合作,在前期开发的光诱导PANAC光点击化学的基础上(Nat. Commun. 2020, 11, 5472;Chem 2019, 5, 2955-2968),发展了一种具有赖氨酸选择性的蛋白质-DNA交联方法(Light-Induced Lysine (K) Enabled Crosslinking, 简称LIKE-XL),并结合团队在深度定量蛋白质组学分析方面的丰富经验和技术优势,实现了对蛋白质-DNA动态互作、包括弱相互作用的转录因子-DNA时空动态性深度解析(图1)。

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图1:LIKE-XL方法全局性解析蛋白质-DNA时空动态相互作用示意图

研究人员首先设计合成了含光交联基团的DNA探针,该探针能够在低浓度(微摩尔浓度)、短时间(5-10分钟)高效交联相互作用的蛋白质。结合基于质谱的定量蛋白质组学技术,LIKE-XL全局性解析方法在鉴定相互作用蛋白质数目上远超基于非共价作用技术;比非特异性的交联方法显示更优的效率和更高的灵敏度。LIKE-XL策略不仅成功地鉴定到了预期低亲和力的转录因子-DNA相互作用,还发现了目标DNA序列上新型转录因子及结合位点。进一步,通过整合交联位点、结构生物学信息和分子对接,该研究发现了弱结合能力的转录因子与DNA结合的新作用模式。借助LIKE-XL技术,研究人员全局性地揭示了表观遗传药物(如去乙酰化酶抑制剂SAHA)时间分辨的下游转录因子互作网络动态全景。

该项研究为全局性深度解析蛋白质-DNA的时空动态互作提供了一种新方法,以特定DNA序列为探针的互作蛋白质结合活性分析策略,有望用于解析目标DNA序列中不同的碱基修饰与蛋白质相互作用的研究,为DNA及表观遗传相关研究提供化学生物学新工具。

该工作得到了国家自然科学基金“生物大分子动态修饰与化学干预”重大研究计划、科技部重点研发计划等项目的支持。此项工作获得了上海交大医学院张健教授,科院上海药物所赵东昕研究员、陆晓杰研究员、许叶春研究员,江南大学徐勇将教授,复旦大学上海医学院刘贇教授的大力帮助和支持。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41557-023-01196-z

 
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