一种新型分子记录策略为研究人员提供了捕获单细胞内DNA-蛋白质互作的方法，包括那些参与基因表达调控、却常被现有检测技术遗漏的弱瞬时互作。该技术名为D&D-seq，将碱基编辑酶与可结合抗体的纳米抗体（nanobody）融合，可将瞬时互作转化为稳定的序列标记。
相关研究论文题为《调控性DNA-蛋白质互作的单细胞图谱绘制》，近期发表于《细胞》（Cell）期刊。
研究作者指出：“D&D-seq将抗体结合纳米抗体与胞嘧啶碱基编辑器偶联，可通过在蛋白质结合的基因组位点进行靶向胞嘧啶-尿嘧啶（C→U）编辑，检测弱结合或瞬时结合的调控因子。”这些编辑事件会形成分子“面包屑”轨迹，精准指示调控蛋白与基因组的互作位点。
该方法直接填补了领域内长期存在的技术空白。传统的转录因子结合位点绘制方法，如染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）或CUT&RUN技术，“难以整合到高通量单细胞工作流程中，仅能用于批量样本分析，或仅能对结合力最强的染色质因子开展单细胞分析。原代样本中转录因子结合的单细胞解析此前主要依赖两类推断方法：一类基于下游转录因子靶基因的表达水平，另一类基于转座酶可及性染色质测序（ATAC-seq）峰的基序分析，但特异性转录因子结合位点的鉴定需要更直接的检测手段”，作者表示。
研究团队证实，D&D-seq可在多种细胞类型和实验条件下，绘制转录因子及染色质重塑蛋白等其他调控蛋白的结合位点。其中一项应用场景为分析携带白血病中常见的异柠檬酸脱氢酶2（IDH2）突变的原代T细胞中，CTCF（CCCTC结合因子）的结合特征。由于D&D-seq具备单细胞分辨率，可揭示群体水平检测通常会掩盖的调控网络异质性。
尤为关键的是，该技术无平台依赖性。研究人员证实D&D-seq可整合到标准单细胞多组学工作流程中，包括ATAC-seq、单细胞ATAC-seq（scATAC-seq）及全基因组测序。这种兼容性支持研究人员在同一个细胞内，将DNA-蛋白质互作图谱与染色质开放状态、基因表达、基因组变异数据进行联合分析。
随着转录因子及其他调控蛋白日益成为治疗靶点，能够揭示这些因子在患者来源细胞中作用模式的工具将具备重要价值。D&D-seq可在单细胞分辨率下监测突变、药物或工程化扰动如何重塑基因组调控景观。
威尔康奈尔医学院Bibliowicz家族讲席教授、Sandra与Edward Meyer癌症中心及Englander精准医学研究所成员、同时任职于纽约长老会/威尔康奈尔医学中心的肿瘤学家Dan Landau医学/哲学博士表示：“我们正进入一个转录因子及其他基因活性调控因子愈发成为治疗靶点的医学时代，这类技术将在相关疗法的开发和评估中发挥重要作用。”
尽管该技术仍处于优化阶段，其精妙的设计理念和技术灵活性已经引发了领域的广泛关注。通过将DNA作为蛋白质活性的记录载体，D&D-seq为“调控组”研究打开了新窗口，可捕捉决定细胞身份和疾病发生的微弱、瞬时互作事件。
专业注释
- 纳米抗体：仅含重链可变区的小型基因工程抗体，分子量仅为常规抗体1/10
- CUT&RUN：核酸酶靶向切割释放技术，用于检测蛋白质-染色质互作
- 调控组：细胞内所有调控基因表达的元件与互作网络的总和