《细胞》：转录因子滴定效应

　　

生物通报道：来自加州理工学院，普林斯顿大学等处的研究人员发表了题为“The Transcription Factor Titration Effect Dictates Level of Gene Expression”的文章，构建了一种新型转录因子模型，解析了基因转录的新机制，这一研究成果公布在3月Cell杂志在线版上。

 

转录模型通常是围绕某个启动子单拷贝上的RNA聚合酶，以及转录因子（TFs）行为建立的。然而大多数转录因子都是多个带有不同结合亲和力的基因共享的，而且基因常以多拷贝形式存在，也就是说在染色体或质粒，病毒载体中以数百个拷贝数存在。这也就意味着要构建生物体中实际情况的转录模型，十分困难。

 

在这篇文章中，研究人员构建了一种热力学模型，利用这个模型，他们描绘了转录因子拷贝数与转录因子相关要求之间的相互影响。并且研究人员还证明了这种模型的无参数预测能力能用于解析转录因子拷贝数，以及特殊结合位点的数量与亲和性，这对于了解转录至关重要，而且也有助于定量设计遗传环路的输出情况。

 

此外研究人员还利用这些实验数据，动态检测了整个细胞周期过程中的质粒拷贝数。

 

研究人员将这一模型描绘的分子机制称为滴定效应（Titration Effect），用于分析基因由DNA翻译成蛋白的全过程，这一模型与其它模型的不同之处在于引入了多基因争夺转录因子的概念，并由此得到了实验数据，进行了预测。

 

关于转录研究，近期还有美国科学家对编码于动物基因组中的信息在不同的器官、发育阶段和环境条件下的处理机制展开了迄今为止最大型的调查研究。他们的研究结果绘制出了基因如何在神经细胞中发挥功能以及响应环境压力的新图像。

 

尽管我们身体每个细胞中的基因组都基本相同，每种细胞类型的转录组却并不一样，且不断地在发生变化。例如，心脏组织中的细胞与肠道或大脑中的细胞就完全不同。转录组也可响应环境挑战迅速发生改变。这些基因表达动态变化使得我们的身体能够适应如温度或化学物质接触等改变。

 

为了绘制出转录组图谱，科学家们利用了深度测序技术生成了1.2万亿个碱基的RNA序列数据。他们在29种果蝇组织类型、25个细胞系、以及包括热、冷、重金属中毒和急性农药暴露在内的“环境挑战”情境中对RNA进行了分析。（延伸阅读：Nature绘制大型基因表达图谱）

（生物通：万纹）

 

原文摘要：

The Transcription Factor Titration Effect Dictates Level of Gene Expression

 

Models of transcription are often built around a picture of RNA polymerase and transcription factors (TFs) acting on a single copy of a promoter. However, most TFs are shared between multiple genes with varying binding affinities. Beyond that, genes often exist at high copy numberin multiple identical copies on the chromosome or on plasmids or viral vectors with copy numbers in the hundreds. Using a thermodynamic model, we characterize the interplay between TF copy number and the demand for that TF. We demonstrate the parameter-free predictive power of this model as a function of the copy number of the TF and the number and affinities of the available specific binding sites; such predictive control is important for the understanding of transcription and the desire to quantitatively design the output of genetic circuits. Finally, we use these experiments to dynamically measure plasmid copy number through the cell cycle.