先锋转录因子如何启动基因表达的第一步

细胞内DNA的总长度在2-3米之间。为了适应细胞核内的狭小空间，DNA缠绕在组蛋白的周围形成核小体。染色质就是由一连串的核小体所组成。在表达特定基因时，细胞要接触到染色质内受保护的DNA。这意味着必须打开染色质结构，暴露潜在的目标基因。

这个过程被称为染色质重塑（chromatin remodeling），它调节基因表达并涉及到众多参与者。阐明这一关键步骤，有助于基因工程工具的发展。如今，瑞士洛桑联邦理工大学的研究人员结合生物学和物理学方法，在单分子水平上揭开了染色质开放过程的第一步。

他们的研究聚焦在一组“先锋转录因子（pioneer transcription factors，pTF）”上。这些蛋白质与染色质内的特定DNA区域结合，启动染色质重塑并控制下游因子的招募，但这些区域本身被其他蛋白所掩盖。那么，先锋转录因子是如何玩转染色质迷宫的呢？

洛桑联邦理工大学的Beat Fierz实验室以酵母为对象，利用单分子荧光技术开展研究。他们研究了一种称为Rap1的酵母先锋转录因子，并发现它可以编排染色质重塑过程，从而使特定的DNA区域暴露出来。

在此过程中，研究人员利用模拟酵母启动子结构的重组染色质系统，证明了Rap1能够与染色质纤维内的核小体DNA相结合，不过与裸露的DNA相比，停留时间更短。

之后，他们表明Rap1结合通过抑制核小体之间的接触而打开了染色质纤维结构。最后，Rap1与染色质重塑复合物（RSC）合作取代启动子核小体，让新暴露出的DNA能够被其他参与基因表达调控的蛋白质所使用。

通过揭示Rap1如何接触染色质并打开它的物理化学机制，洛桑联邦理工大学的研究为其他先驱转录因子提出了生物学模型，也提供了在单分子水平上研究它们的工具。