DNA的翻译，研究者揭示转录因子并不一定是扮演着开关的功能，而是抑制复合物的结合行为
任何一个旨在周末改善家庭工作的人都很清楚，要想干好一份工作，必须有合适正确的工具。对于细胞来说，这些正确的工具就是基因所编码的酶，正确的基因仅仅存在于所需要它们表达的细胞之中。人身体中每一个细胞都有自己特殊的工作去做，比如胰腺中的细胞主要来产生胰岛素，眼镜视网膜中的细胞负责感光和感觉颜色，当然，如果细胞中有不正确的基因行使不合适的工作，那么细胞功能就会变得一团糟，严重者将会导致癌症的发生。
我们的科学家研究细胞功能已经数年了，他们很清楚的知道细胞中有一种特殊的蛋白质叫做“转录因子”，主要结合在DNA附近来开关某些基因，控制基因的表达。当然，这些转录因子被认为具有开关功能，通过结合在DNA上开启基因表达，不结合的话就使得基因沉默不表达。
近日，来自北卡罗来纳大学（UNC）的研究者通过研究揭示出，转录因子不仅扮演着开关某些基因，控制基因表达的功能，而且还有抑制复合物的结合行为。研究者Jason Lieb博士表示，这是一项新视野来观察基因如何被控制表达的，我们可以通过分子图谱来看出蛋白质与DNA结合的具体位置，就像是路标一样。我们可以用实时报道的方法来展示分子当量。相关研究成果刊登在4月12日的国际杂志Nature上。
通过在酵母中进行研究，UNC的研究者表示，转录因子的结合过程是动态的，而且涉及更多的结合与非结合。为了寻找一种稳定的结合状态，研究小组阐述了一种状态类似于“踏车现象（treadmilling）”，这种状态下并没有向前发生的转录过程。研究者们假设分子离合器的存在会将这种踏车现象转化为稳定的结合状态，向前移动转录过程并且完成基因的开启。Lieb解释道，这项研究发现激动人心，因为我们发明出了一种新的方法来测定和计算一个蛋白质和其所调节的不同基因所延长的距离。这非常重要，因为这是在基因调节过程中的一个新的阶段，在每一个新的阶段都会有相应的新的机制被发现。
Lieb还补充道，我们发现蛋白质结合至稳定状态还和基因的转录水平有关系，如果调节踏车现象和稳定结合状态之间的转换，我们就可以批量地调节基因表达的产物，最终调节的类型将会遗传药物非常重要，这种遗传药物是一种新的方式，通过调节开关来调节和疾病相关的基因的表达。研究者在相同的两拷贝转录因子之间设定了一种可控的竞争模式，而且每一个都带有特殊的分子标签，他们将一种蛋白质结合至所有的基因靶点，然后引入第二个拷贝，下一步，研究小组测定了竞争的转录因子替代原先蛋白质所花费的时间，并且用此数据来计算转录因子在每一个基因组上停留的时间，研究者Colin Lickwar表示，我们并不知道这种停留时间是否重要，但是我们发现，这种停留时间是很好的指示剂，用来指示基因是否被开启或者关闭。
研究者表示，通过运用数学模型工具，我们在了解细胞反应过程中开辟了新的视野，也可以快速了解基因表达的激活和钝化的能力，我们的研究发现可以为让我们更好的理解细胞发育的效应变化以及细胞可以真谛环境条件变化迅速做出反应以适应新环境。（生物谷：T.Shen编译）
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doi:10.1038/nature10985
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Genome-wide protein–DNA binding dynamics suggest a molecular clutch for transcription factor function
Colin R. Lickwar,1, 4 Florian Mueller,2, 3, 5, 4 Sean E. Hanlon,1, 5 James G. McNally2 & Jason D. Lieb1
Dynamic access to genetic information is central to organismal development and environmental response. Consequently, genomic processes must be regulated by mechanisms that alter genome function relatively rapidly1, 2, 3, 4. Conventional chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments measure transcription factor occupancy5, but give no indication of kinetics and are poor predictors of transcription factor function at a given locus. To measure transcription-factor-binding dynamics across the genome, we performed competition ChIP (refs 6, 7) with a sequence-specific Saccharomyces cerevisiae transcription factor, Rap1 (ref. 8). Rap1-binding dynamics and Rap1 occupancy were only weakly correlated (R2 = 0.14), but binding dynamics were more strongly linked to function than occupancy. Long Rap1 residence was coupled to transcriptional activation, whereas fast binding turnover, which we refer to as ‘treadmilling’, was linked to low transcriptional output. Thus, DNA-binding events that seem identical by conventional ChIP may have different underlying modes of interaction that lead to opposing functional outcomes. We propose that transcription factor binding turnover is a major point of regulation in determining the functional consequences of transcription factor binding, and is mediated mainly by control of competition between transcription factors and nucleosomes. Our model predicts a clutch-like mechanism that rapidly engages a treadmilling transcription factor into a stable binding state, or vice versa, to modulate transcription factor function.
