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几十年的研究已经确立了哺乳动物转录因子（TFs）通过与每个基因的调控区域结合，共同控制基因转录的组织特异性、时序性和强度。绘制转录因子结合位点的基因组全图对于理解功能基因组学至关重要。
2024年12月17日，北京大学谢晓亮独立通讯在PNAS（IF=9.4）在线发表题为“Genome-wide single-cell and single-molecule footprinting of transcription factors with deaminase”的研究论文。该研究报道了一种技术，通过使用去氨基酶足迹法（FOODIE），在单分子和单细胞水平上，以接近单碱基的分辨率测量转录因子在人体基因组上的结合位点。
酶促去氨基化后的单分子测序读数可以检测到特定足迹上的转录因子结合比例，并揭示任何两个相邻转录因子的结合协同作用，这种协同作用可以是正向的或负向的。作为单细胞基因组学的新兴技术，单细胞FOODIE使作者能够在异质组织中纯净细胞群体中检测到特定细胞类型的转录因子足迹，例如在大脑中的应用。作者发现，执行某一特定生物学功能的基因，通过共用的转录因子在基因的启动子和增强子区域，分别协调成一个组基因模块（CGM），这些模块可以是一个维持生命的基因模块或一个组织特异性基因模块。FOODIE技术具备可扩展性和成本效益，能够帮助作者创建一个开放的FOODIE数据库，适用于细胞系，并可应用于人类组织和临床样本中。
人体的每个体细胞几乎都拥有相同的基因组，但在特定组织中却执行不同的功能，表现出不同的基因表达。转录因子（TFs）通过结合顺式调控元件，包括启动子和增强子，来调控基因表达、细胞分化和发育，以响应环境信号。作者关于基因表达和调控的知识最早来源于对细菌的研究，在细菌中，一个或多个转录因子通过开启或关闭操纵子来调控该操纵子下的多个蛋白质编码基因，这些基因共同执行特定的生物学功能。这种转录因子的活动已在单细胞和单分子水平上被直接监测并定量描述。与细菌的操纵子不同，在真核生物中，每个基因通常只编码一个蛋白质（及其异构体）。那么，多个蛋白质如何协同参与复杂的生物功能，例如蛋白质合成或葡萄糖代谢呢？自从转录因子在真核生物中首次被分离出来以来，它们似乎在与基因组的相互作用复杂性方面，与细菌有所不同。在人类基因组中，大约有1600种转录因子，而基因则有大约22000个。研究表明，每个人类基因的调控元件包含多个转录因子结合位点，这些结合位点的组合提供了特定基因调控的特异性。在真核细胞中，为了使多个基因协同完成特定的生物功能，它们很可能通过在调控元件中共享转录因子来协调。然而，由于现有技术的局限性，作者尚未完全了解这些转录因子组合是如何协调在一起控制调控网络的。FOODIE对TF结合位点的全基因组定位（图片源自PNAS ）大多数真核生物的转录因子结合位点是通过染色质免疫沉淀（ChIP）结合微阵列杂交（ChIP-chip）或高通量测序（ChIP-seq）方法鉴定的，这些方法一次分析一个转录因子，通过抗体拉下的方式进行，空间分辨率通常为几百个碱基对。确定细胞结合基序的常用方法是足迹分析，即检测通过酶促处理后被保护的DNA序列，最著名的技术是脱氧核糖核酸酶超敏位点测序（DNase-seq），该技术可以检测由DNase I裂解的DNA片段的端点。然而，ChIP-seq和DNase-seq都需要数百万细胞的样本，并且无法在单个DNA分子上检测转录因子的结合。为克服这些局限性，已开发出一种基于细胞因子甲基转移酶M.CviPI的单分子足迹分析（SMF）方法，但该方法仅限于识别结合在含有GpC序列的DNA上的转录因子，因此只能覆盖部分基因组。另一种单分子方法Fiber-seq依赖于N6腺苷甲基转移酶和第三代测序技术来检测强结合转录因子留下的DNA足迹，该方法的优势在于长读长。然而，在这里，作者报告了一种基于双链DNA胞嘧啶去氨基化的新方法，命名为FOOtprinting with DeamInasE（FOODIE），该方法能够在基因组上以接近单碱基分辨率检测转录因子的足迹。FOODIE依赖于转录因子对胞嘧啶转化为尿嘧啶的空间阻碍作用。FOODIE具有成本效益和可扩展性，只需要测序数千个细胞，远少于ChIP-seq或DNase-seq所需的细胞数量，且相比SMF具有更好的基因组覆盖，且比Fiber-seq具有更高的通量和准确性。https://doi.org/10.1073/pnas.2423270121![]()
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