Nature Methods报道革新性结合蛋白分析技术：SMiLE-seq

　　生物通报道：洛桑联邦理工大学的科学家们开发出了一种革新性测序技术，能更快，更准确，更高效的分析DNA结合蛋白，这将会改变遗传学的游戏规则。这一研究成果公布在1月16日的Nature Methods杂志上。

基因是指产生细胞所有蛋白质的DNA编码，作为这一重要生理进程的开始，基因首先必须从DNA转录成RNA，在这个过程中，被称为转录因子的DNA结合蛋白这一庞大家族会发挥重要的作用，因此吸引了许多生物学家。然而由于这些因子的绝对数量，结合不同碱基对的能力，以及目前研究分析DNA结合特性的技术困难，尽管科学家做出了许多努力，但是依然无法详细了解转录因子。

最新研究介绍了一种基于微流体的技术，可以极大地加速这一研究进程，并用最少的需要材料更精确高效的进行分析，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。在这篇文章中，研究人员已经使用该技术来确定了超过60种转录因子的DNA结合特性，包括九个新的转录因子。

转录因子

包括人在内的哺乳动物具有1300-2000个转录因子，其中许多会与其它转录因子结合成“二聚体”，然后结合基因并诱导其转录成RNA。一个转录因子可以根据活性细胞类型，与不同的转录因子配对，因此得到的可能组合数量非常高。

仅仅了解单个转录因子的特性是不够的，因为它们是配对的，因此科学家还需要了解它们的DNA结合特性，如它们对DNA的亲和力和特异性，其中也包括异二聚体。如果这些转录因子未来将会用到生物技术或制药，那么这就很关键。不过这也很难进行实验分析，因为需要相对大量的难以制造的转录因子。

简而言之，分析转录因子是一项艰巨而异常复杂的任务。一些数据库列出了DNA结合性质，但总的来说，它们只涵盖约500个单一的转录因子，并且只有一部分异二聚体，估计其范围在3000和25,000之间。这一研究领域进展缓慢，数据库中可用的内容也仅仅在预测转录因子靶标方面具有医学定量价值。

SMiLE-seq

新技术SMiLE-seq可以极大地加速该过程，而且只需要很少量的转录因子。这一技术通过在微流体装置中加入少量的转录因子（研究异二聚体时加入多个因子），一旦转录因子接触到微流体芯片的表面，就会有大量随机DNA文库被泵入芯片中，从而转录因子能识别其相应的DNA序列。此后在滴下微流体控制按钮，就能物理地捕获转录因子-DNA复合物，不结合的DNA被洗掉。

接下来，将结合的DNA从装置中取出并进行测序，分析是其中哪一部分被转录因子捕获，这样得到的信息被输入到专门的软件中，帮助研究人员确定转录因子或异源二聚体的DNA结合特性。同时也有助于更好地预测其体内DNA结合谱。

SMiLE-seq技术有三个主要优点：第一，它减少了这种类型实验所需转录因子的量，仅仅需要皮克级材料。第二，它大大加快了进程，从几天缩短到不用一个小时。最后，SMiLE-seq不受DNA靶序列长度的限制，也不会偏向于更强的亲和蛋白-DNA相互作用。

这一研究团队利用SMiLE-seq分析了67个全长的人，小鼠和果蝇的转录因子，成功分析了以前从未研究过的几个转录因子。未来他们还打算利用该技术分析其它分子，如RNA。目前这一团队提交了一项专利，尝试将SMiLE-seq的技术概念进行商业化。

（生物通：万纹）

原文摘要：

SMiLE-seq identifies binding motifs of single and dimeric transcription factors

Resolving the DNA-binding specificities of transcription factors (TFs) is of critical value for understanding gene regulation. Here, we present a novel, semiautomated protein–DNA interaction characterization technology, selective microfluidics-based ligand enrichment followed by sequencing (SMiLE-seq). SMiLE-seq is neither limited by DNA bait length nor biased toward strong affinity binders; it probes the DNA-binding properties of TFs over a wide affinity range in a fast and cost-effective fashion. We validated SMiLE-seq by analyzing 58 full-length human, mouse, and Drosophila TFs from distinct structural classes. All tested TFs yielded DNA-binding models with predictive power comparable to or greater than that of other in vitro assays. De novo motif discovery on all JUN–FOS heterodimers and several nuclear receptor-TF complexes provided novel insights into partner-specific heterodimer DNA-binding preferences. We also successfully analyzed the DNA-binding properties of uncharacterized human C2H2 zinc-finger proteins and validated several using ChIP-exo.