在活細胞中，DNA并非裸露存在，而是被復(fù)雜的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密包裹。只有極少數(shù)的“特權(quán)”蛋白能夠真正接觸DNA，并參與基因表達、細胞命運決定等關(guān)鍵生命過程。然而，長期以來，科學(xué)家們一直面臨一個巨大挑戰(zhàn)：如何精準捕捉這些與DNA直接互作的蛋白質(zhì)，并實時追蹤它們?nèi)绾?ldquo;解讀”遺傳密碼。
傳統(tǒng)的甲醛交聯(lián)方法雖然可以固定蛋白質(zhì)-DNA相互作用，但缺乏特異性；普通紫外光交聯(lián)效率低，難以實現(xiàn)高時空分辨率的觀測。這些限制嚴重阻礙了我們對活細胞中基因調(diào)控機制的深入理解。
2025年5月22日，《Cell》雜志發(fā)表了一項革命性研究——**《The human proteome wIT(http://www.weberwork.com/sell/l_25/)h direct physical access to DNA》**，首次推出了名為**“零距離光交聯(lián)”（zero-distance photo-crosslinking）**的創(chuàng)新技術(shù)，實現(xiàn)了對活細胞中蛋白質(zhì)與DNA直接物理接觸的高效、高分辨率定量分析。
**核心技術(shù)：代謝標記 + 高強度紫外照射 + 精準純化**
**1. 光敏核苷酸4ST的引入**
研究人員通過代謝標記法將一種光活性核苷酸——**4-硫代胸苷（4-thiothymidine, 4ST）**整合進細胞DNA中。該分子在365納米紫外光（UVA）下具有高度反應(yīng)活性，能夠在不影響天然DNA和蛋白質(zhì)的前提下，實現(xiàn)對鄰近蛋白質(zhì)的高效交聯(lián)。
**2. 自主研發(fā)高強度UVEN系統(tǒng)**
為了快速激活4ST，研究團隊開發(fā)了名為**UVEN**（UV irradiation system for enhanced photo-activation in living cells）的高強度紫外LED裝置。其能量輸出比傳統(tǒng)設(shè)備(http://www.weberwork.com/sell/l_4/)高出千倍，照射面積達175平方厘米，可在數(shù)秒內(nèi)完成高效交聯(lián)，顯著提升實驗通量與時間分辨率。
**3. XDNAX純化流程確保特異性**
研究團隊設(shè)計出一套高效的純化策略——**XDNAX**（protein-crosslinked DNA extraction），利用TRIZOL提取、超聲破碎、高溫變性和核酸酶處理等步驟，從復(fù)雜細胞組分中精確分離出與DNA交聯(lián)的蛋白質(zhì)。結(jié)合SILAC同位素標記驗證，顯示背景非交聯(lián)蛋白幾乎完全清除，確保了結(jié)果的高度可信。
**全面繪制DNA互作蛋白質(zhì)圖譜**
通過對人類乳腺癌MCF7細胞的系統(tǒng)研究，研究團隊首次繪制了**活細胞中DNA直接互作的蛋白質(zhì)全景圖**，共鑒定出1805種候選蛋白，其中1191種在多次重復(fù)實驗中穩(wěn)定出現(xiàn)。
**核心發(fā)現(xiàn)亮點：**
- **功能多樣性**：約60%的互作蛋白具備DNA結(jié)合或核酸結(jié)合功能，包括已知轉(zhuǎn)錄因子、染色質(zhì)重塑復(fù)合物，以及此前未被認為與DNA直接接觸的蛋白如泛素相關(guān)系統(tǒng)成員。
- **無序區(qū)域（IDRs）的關(guān)鍵角色**：DNA互作蛋白普遍含有**高度無序區(qū)域**，平均長度達233個氨基酸，遠高于其他蛋白組。這些柔性區(qū)域可能幫助蛋白適應(yīng)染色質(zhì)動態(tài)變化，增強與DNA的親和力。
- **RNA識別基序（RRM）的新角色**：原本被認為是RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的RRM，在本研究中也頻繁出現(xiàn)在DNA互作蛋白中，提示某些蛋白可能在相分離區(qū)室中同時接觸RNA與DNA。
- **豐富的交聯(lián)肽段信息**：研究共檢測到688條核苷酸交聯(lián)肽段，對應(yīng)379種蛋白，是此前同類研究的20倍，為解析蛋白質(zhì)-DNA界面提供了前所未有的細節(jié)。
**四種主要蛋白質(zhì)-DNA互作模式的提出**
研究總結(jié)了蛋白質(zhì)與DNA之間可能存在的**四大類互作方式**：
1. **球狀DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域**：通過經(jīng)典結(jié)構(gòu)域（如鋅指、PHD型結(jié)構(gòu)域）特異結(jié)合DNA；
2. **內(nèi)在無序區(qū)域（IDRs）結(jié)合DNA**：柔性區(qū)域可適應(yīng)多種DNA構(gòu)象；
3. **環(huán)境鄰近性互作**：通過與組蛋白或其他DNA結(jié)合蛋白相互作用間接接近DNA；
4. **相分離區(qū)室內(nèi)互作**：在核仁等特殊微環(huán)境中與DNA發(fā)生非特異性接觸。
**分鐘級動態(tài)響應(yīng)：揭示雌激素誘導(dǎo)的基因調(diào)控**
研究團隊利用該技術(shù)首次實現(xiàn)了**分鐘級別**的活細胞蛋白質(zhì)-DNA互作動態(tài)監(jiān)測。例如：
- 在雌激素刺激下，**ESR1**（雌激素受體α）與DNA的結(jié)合迅速增加30倍，成為最顯著富集的蛋白；
- 多種協(xié)同因子如POLR2A、SMARCA4也隨之招募至DNA；
- 抑制因子SET、CBX3則從DNA上解離，促進染色質(zhì)松散；
- 通過劑量響應(yīng)曲線分析，ESR1的EC50約為35皮摩爾，與體外Kd值高度一致，證明技術(shù)靈敏度極高。
此外，研究還成功追蹤了**DNA修復(fù)蛋白**在損傷后的快速招募過程，展現(xiàn)了這一技術(shù)在**基因修復(fù)、癌癥治療靶點篩選**等方面的應(yīng)用潛力。
**未來展望：從基礎(chǔ)研究到臨床轉(zhuǎn)化**
這項“零距離光交聯(lián)”技術(shù)不僅為我們打開了通往DNA核心世界的一扇窗，更提供了一個前所未有的工具(http://www.weberwork.com/sell/l_5/)來：
- 揭示基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的**微觀機制**；
- 探索疾病狀態(tài)下**異常蛋白-DNA互作**；
- 開發(fā)針對特定DNA結(jié)合蛋白的**新型靶向藥物**；
- 構(gòu)建**動態(tài)互作圖譜**，推動精準醫(yī)學(xué)發(fā)展。
正如研究者所言：“這項技術(shù)就像給基因組裝上了顯微鏡和攝像機，讓我們第一次看清DNA與蛋白質(zhì)之間的‘對話’。”隨著技術(shù)的進一步優(yōu)化與推廣，我們有望迎來一場關(guān)于**基因表達控制機制**的深刻變革。
