干细胞也有一个“决定”过程，选择自己是变成某种特殊类型的细胞，还是继续保持“多能”的灵活性。美国布朗大学研究人员发明了一种名为MEGA转换的技术，能分析关键转录因子的相互作用，有助于再生医学研究更好地理解干细胞的“多能性”。该研究近日发表在《基因组研究》杂志网站上。

研究显示，不同的转录因子蛋白在细胞中会竞争、合作，按照关键的DNA（脱氧核糖核酸）序列形成复杂的结合，这种分子“夺旗”的游戏（一种从敌人基地夺取旗子的户外或网络游戏）不断变换着结盟关系。保持多能性还是分化，以及分化成哪种类型，是干细胞必须面对的选择。

近几年，科学家通过“改编程序”成功地把全能细胞转化为多能干细胞，但使用这些多能细胞的动物罹患肿瘤的风险很高。另外，对于改编程序过程中某些复杂的细节，如转录因子如何与DNA相互作用，人们可能存在一些错误的认识。布朗大学的威廉姆·费尔布拉泽解释说：“大部分人认为蛋白质与DNA结合是一种表面的、独立的事件。但事实上，这些结合事件的发生牵涉到上百个核苷酸。此外，蛋白质在不同的地点结合不同的搭档，这种相互作用也使它们的功能具有多样化。”

研究小组利用名为MEGA转换的结合化验技术，分析了一段含有31.6万个字母的DNA片段中几种关键转录因子的相互作用。他们以10个碱基对的分辨率检测了数十万的序列，来研究转录因子蛋白的作用方式。

干细胞是否选择分化，POU5F1蛋白是关键。POU5F1与竞争对手POU2F1蛋白都能和一种8个字母的DNA序列相结合。但哪种蛋白先结合，会影响到一个干细胞是分化还是保持多能态。利用新技术进行的实验显示，一种名为SOX2的蛋白是决定因素，该蛋白能帮助这两种蛋白与DNA序列结合，但它对POU2F1的帮助比对POU5F1更大。

他们还小范围地观察了存在于人群中的基因组序列变异和可能导致疾病风险的基因“因果变异”。此外，他们还将MEGA转换用于其他研究，包括蛋白质之间的相互作用如何影响了RNA（核糖核酸）—蛋白质复合物的形成。

原文出处：

Genome Res.   doi: 10.1101/gr.115824.110

Combinatorial binding of transcription factors in the pluripotency control regions of the genome

Luciana Ferraris1,4, Allan P. Stewart2,4, Jinsuk Kang3,4, Alec M. DeSimone1, Matthew Gemberling1, Dean Tantin3 and William G. Fairbrother1,2,5

Abstract

The pluripotency control regions (PluCRs) are defined as genomic regions that are bound by POU5F1, SOX2, and NANOG in vivo. We utilized a high-throughput binding assay to record more than 270,000 different DNA/protein binding measurements along incrementally tiled windows of DNA within these PluCRs. This high-resolution binding map is then used to systematically define the context of POU factor binding, and reveals patterns of cooperativity and competition in the pluripotency network. The most prominent pattern is a pervasive binding competition between POU5F1 and the forkhead transcription factors. Like many transcription factors, POU5F1 is co-expressed with a paralog, POU2F1, that shares an apparently identical binding specificity. By analyzing thousands of binding measurements, we discover context effects that discriminate POU2F1 from POU5F1 binding. Proximal NANOG binding promotes POU5F1 binding, whereas nearby SOX2 binding favors POU2F1. We demonstrate by cross-species comparison and by chromatin immunoprecipitation (ChIP) that the contextual sequence determinants learned in vitro are sufficient to predict POU2F1 binding in vivo.