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在真核生物中，转录因子（TFs）结合调控 DNA 区域影响基因表达，其相邻结合的协同性缺乏定量描述和功能理解。研究人员开展了相关研究，发现可用 γ 系数量化 TFs 结合协同性，并揭示其功能意义，为基因表达调控研究提供新视角。
在真核生物中，多个转录因子（TFs）会结合到基因组 DNA（脱氧核糖核酸）的调控区域（启动子和增强子），以此来控制基因表达。在这个过程中，相邻转录因子的结合会表现出正协同性或负协同性（即增强或削弱彼此的结合能力）。我们首次提出一种基于热力学平衡下实验数据来量化这种协同性的指标。从功能角度来看，正协同性能够确保在转录因子浓度阈值附近产生敏感的反应；而负协同性则有两个功能：其一，它能使转录因子之间相互排斥结合，有助于双向基因转换；其二，当转录因子浓度发生波动时，负协同性可确保转录因子快速从 DNA 上解离，从而实现快速的转录转换。此外，活细胞的非平衡稳态能够诱导产生正协同性或负协同性，这种协同性同样可以用该指标进行量化。
在真核生物中，特定基因的表达是由结合在基因组 DNA 调控区域的转录因子组合来调节的。近期，基因组测序技术的进步使得在单分子水平上测量转录因子在 DNA 上的足迹和结合亲和力成为可能，这也有助于探究相邻转录因子之间的结合协同性。这就需要对转录因子的结合协同性进行定量描述，并理解其潜在的功能关联。在本研究中我们发现，两个相邻转录因子之间的结合协同性可以用 γ 系数来量化，该系数可通过实验测定。在热力学平衡条件下，两个转录因子的结合亲和力要么同时增加（正协同性），要么同时降低（负协同性），不会出现相反的情况（一个增加而另一个降低）。在热力学框架内，我们探究了协同性的功能关联。正协同性的功能关联在文献中已有广泛讨论，表现为在转录因子浓度阈值附近呈现 S 型结合曲线（类似于氧气与血红蛋白的结合）；而负协同性的功能关联体现在两个方面：一方面，两个转录因子的相互排斥结合使得双向基因转换成为可能，这类似于噬菌体 λ 中的 CI - Cro 系统；另一方面，由于转录因子在细胞核内的浓度常常会发生波动，负结合协同性能够保证转录因子快速从 DNA 上解离，进而实现对基因表达调控的快速响应。此外，活细胞的非平衡稳态能够导致正协同性或负协同性的产生，这种协同性同样可以用 γ 系数来量化。
