5月22日，德国慕尼黑工业大学（TUM）的 Bernhard Kuster 团队在 Cell 发表了一篇关于绘制人类细胞中与DNA直接接触蛋白质组图谱的研究论文，构建了高分辨率的DNA互作蛋白图谱并揭示其在基因调控中的动态变化。
图1 文章截图
提纲挈领
研究开发了一种 “零距离” 光交联（photo-crosslinking）方法（XDNAX），结合4-硫代胸苷代谢标记和365 nm UV-LED照射，首次在活细胞中系统性地捕捉了与DNA直接接触的蛋白质组。
研究人员构建了来自人乳腺癌细胞的DNA互作图谱，鉴定出千余种具有DNA物理接触能力的蛋白，并精确定位了数百个肽-核苷酸交联位点（peptide-nucleotide crosslinks），分辨率达单个氨基酸。
通过不同处理条件下的定量比较，研究揭示了关键转录因子、DNA修复因子及染色质可达性调节蛋白的动态变化，提供了一种无假设前提探索基因组调控的方式，适用于多种细胞类型和物种。
图2 图文概要
01 高强度UV系统激活光敏核苷酸
研究开发了名为UV irradiation system for enhanced photo-activation in living cells (UVEN)的高功率365 nm UV-LED照射系统，用于激活4-硫代胸苷（4ST）标记的DNA，实现蛋白与DNA的高效光交联。
相比传统光源，UVEN能快速诱导交联，且对天然DNA和细胞活性影响较小。仅需6秒照射即可抑制已标记细胞增殖，而未标记细胞不受影响，验证了其选择性和生物相容性。
02 提取蛋白-DNA交联复合物的XDNAX方法
研究人员建立了名为 protein-crosslinked DNA extraction（XDNAX）的提取方法，用于从光敏感的细胞中选择性纯化与DNA共价交联的蛋白，排除非特异性结合蛋白。通过SILAC实验验证该方法的特异性，发现1803种蛋白中有1026种在辐射组显著富集，876种仅出现在辐射细胞的交联样本中。GO分析显示富集蛋白主要为核酸结合蛋白。
XDNAX还保留了交联蛋白的磷酸化和泛素化等翻译后修饰。质谱检测到一种仅在辐射组出现321 Da修饰，来源于磷酸化4ST脱去一个水分子后的共价连接，进一步证实了4ST介导的交联。代表性交联位点如H2BC12和HMGB1，有助于定位蛋白与DNA的直接接触区域。
图3 XDNAX 工作流程
03 构建DNA直接互作蛋白图谱
在MCF7细胞中共鉴定1805种与DNA直接接触的蛋白质分子，1191种在多个重复中稳定出现。
该DNA互作图谱与核蛋白组高度重叠并且注释为核定位，大部分GO功能注释为DNA/RNA结合蛋白及染色质调控因子，部分没有GO注释的蛋白可能为新型DNA结合因子，如DUF5568家族中的C5orf24中是一个保守的DNA结合的无序区域。部分转录因子在DNA互作图谱中的排序高于其核内表达量，说转录因子调控活性不能直接从蛋白质表达预测。
04 与DNA直接接触蛋白的结构特征
通过结构域和氨基酸序列分析，研究发现DNA互作蛋白不仅能富集到经典DNA/组蛋白结合结构域（如PHD指、锌指、SAP、SANT等），并还有大量的RNA识别结构域（RRM）。大量交联肽定位于无序结构域（IDRs），整体蛋白质无序程度远高于核或胞质蛋白组，提示无序区域可能促进蛋白进入染色质凝胶并接触DNA。
此外，蛋白中的特定重复序列（如polyE、RG、RS）在DNA互作蛋白中显著富集，进一步强调结构无序在染色质结合中的功能意义。
05 转录因子在细胞刺激下的DNA结合变化
研究人员利用XDNAX捕捉受刺激细胞内的转录因子与DNA结合的动态图谱。例如，在雌激素刺激下，ESR1与DNA结合丰度提升至30倍，并伴随其共调控因子的同步变化。进一步的剂量反应曲线显示，ESR1对DNA的结合半效浓度（EC50）为35 pM，与体外测定的亲和力一致。
研究人员利用XDNAX捕获了LPS刺激的小鼠初级巨噬细胞中关键炎症因子的DNA结合增强（如Cebpb、Rela），说明该方法可用于多种细胞系统下的转录因子动力学研究。
图4 定量比较小鼠巨噬细胞在LPS刺激下的DNA相互作用组的实验方案
06 基因毒性药物作用下的DNA互作调控
研究比较了依托泊苷、顺铂和奥沙利铂处理后的DNA互作蛋白变化。三者均诱导DNA修复蛋白（如TP53BP1、HINT1）富集，并导致端粒酶复合物成分如NHP2从DNA上脱落。
顺铂特异性激活ATM/CHEK2通路并引发核糖体生物合成抑制。XDNAX还揭示蛋白酶体组分在DNA上的富集，支持其在清除DNA-蛋白加合物中的作用。
通过这些比较，研究人员鉴定了多个潜在的药物协同靶点，如FEN1、PPP5C，验证其敲除可显著增强顺铂诱导的细胞死亡。
07 BAF抑制DNA可及性受限时早期变化的DNA互作图谱
通过时间梯度实验，作者发现BAF复合物抑制（BRM014处理）后4分钟内，DNA互作图谱中ANP32A/E和HMGB1显著富集，表明它们可能参与调节染色质重新压缩。
这些变化未在甲醛交联或常规核蛋白质组中观察到，显示光交联方法在捕捉早期染色质重构方面的独特优势。HMGB1与DNA结合增强，而如CHD6、BAZ2A和BPTF等重塑因子在后期则从DNA上脱落，表明染色质从开放向压缩状态的动态调节。
总 结
本研究开发的XDNAX平台为探索蛋白质与基因组的直接物理互作提供了高精度、可扩展的新工具，为理解染色质动态、基因调控机制及药物作用靶点提供了坚实的技术支撑，也为系统性描绘 “基因组可达蛋白质组” 奠定了基础。
该方法仍存在一些局限性，例如需依赖细胞增殖以实现4ST掺入，以及不同蛋白质的交联效率存在偏差。某些DNA结合蛋白因其识别位点中缺乏胸苷而未能被检测到。此外，观察到的交联位点并不总能代表蛋白质的锚定功能，需通过补充实验进一步验证。
论文链接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00507-0
