2025年8月7日，慕尼黑工业大学Bernhard Kuster团队在Cell 在线发表题为“The human proteome with direct physical access to DNA”的研究论文，该研究开发了一种“零距离”光交联方法，用于量化与 DNA 直接接触的蛋白质在活细胞中的含量。

通过收集来自人类乳腺癌细胞的 DNA 互作图谱，该研究构建了一个包含超过一千种能够接触 DNA 的蛋白质的图谱，以及数百个肽-核苷酸交联点，这些交联点能够以单个氨基酸的分辨率精确定位蛋白质-DNA 相互作用。对不同处理细胞的 DNA 互作图谱进行定量比较，重现了关键转录因子的募集情况，以及 DNA 修复蛋白的情况，并揭示了在几分钟时间尺度上对染色质可及性的快速限制因素。这为以无假设的方式探索基因组调控开辟了一条直接途径，适用于许多生物体和系统。

哪些蛋白质与基因组相互作用决定了细胞的命运，而往往也决定了整个生物体的命运。DNA 与蛋白质和 RNA 构成的密集网络（通常被称为染色质）紧密结合在一起，其中蛋白质与 DNA 的相互作用可以直接发生，例如在组蛋白的情况下，也可以间接发生，例如在组蛋白修饰复合物的情况下。能够直接接触 DNA 的亚蛋白质组的整体组成暂时还不明确。迄今为止，对 DNA 互作体的蛋白质组评估都因染色质的凝胶状特性而受到阻碍，其边界模糊，通常由固定和分离的方法来界定。以前对人类细胞中染色质组成的研究报告了 1500 到 3500 种蛋白质。

尽管浓缩的有丝分裂染色体可以用于蛋白质组分析，因为它们形成了稳定的复合物，但为了固定间期染色体的蛋白质-DNA 相互作用，需要进行共价交联，因为它们的 DNA 分散在核质中，因此无法像一个物理实体那样进行纯化。蛋白质可以与核酸发生共价交联，这种交联可以通过化学交联实现，通常使用甲醛，也可以通过紫外线（UV）光照射来激活天然的 DNA 基团从而实现。甲醛交联对于共价固定蛋白质与核酸之间的相互作用非常有效；然而，它还会导致蛋白质与其他蛋白质以及染色质凝胶中的 RNA 间接交联。这使得无法区分直接相互作用和间接相互作用，并形成了一个极其难以纯化的三元分子，用于蛋白质组学分析非常困难。

相比之下，光交联仅在紫外线激活的核酸基团与与它们发生物理相互作用的蛋白质之间建立共价连接，因此已被广泛应用于对与 RNA 相互作用的蛋白质组的蛋白质组学探究。然而，由于 DNA 的光反应性较低，紫外线交联 DNA 非常具有挑战性。因此，对与 DNA 光交联的蛋白质进行定量的努力一直难以获得相对于未交联背景蛋白质的足够富集，从而限制了灵敏度和动态范围。同样地，那些旨在通过核苷酸-肽光交联连接来精确确定蛋白质- DNA 相互作用位点的研究，其结果大多未能成功识别出相关位置。因此，尽管对蛋白质与基因组的直接相互作用进行系统定量是很有必要的，但目前尚缺乏足够的方法来（1）有效地对与 DNA 直接接触的蛋白质进行光交联连接，以及（2）以高纯度提取蛋白质-交联连接的 DNA。

该研究提出了一种优化的光交联方法，用于在活细胞中探究蛋白质与 DNA 的直接相互作用，以解决上述难题。研究人员采用了代谢性 DNA 标记技术，使用光激活型核苷酸 4-硫代胸苷（4ST），随后用基于发光二极管（LED）的专用高强度照射设备在 365 纳米波长下进行光激活。对于通过液相色谱 - 质谱（LC-MS）进行的光交联蛋白质 - DNA 复合物的蛋白质组学分析，研究人员开发了一个多步骤的变性纯化过程，命名为“蛋白 - 交联 DNA 提取”（XDNAX），它显著富集了超过 1800 种与 DNA 交联的蛋白质，同时排除了大多数低于检测限的非交联蛋白质。意外地，在 XDNAX 样品中发现了众多核苷酸交联肽，无需进一步富集即可使用。

在所有已介绍的实验中，研究人员发现 688 nt 交联肽对应于来自完整 MCF7 细胞的 379 种蛋白质，比之前的研究报告增加了 20 倍。通过对不同处理条件下的 DNA 互作网络进行定量分析，该研究证明了光交联方法能够识别出在人类细胞系以及原代小鼠细胞中对细胞干扰作出反应的转录因子，并且能够发现用不同致基因药物处理的乳腺癌细胞的 DNA 修复机制中的薄弱环节。最后，研究人员利用该方法短的交联时间，记录了在抑制 BRG1/BRM 相关因子（BAF）染色质重塑复合物的最初几分钟内 DNA 互作网络的时间进程，并发现了快速响应的 ANP32 组蛋白伴侣和其他核小体重塑因子。总的来说，所展示的 DNA 互作网络提供了细胞内关于直接蛋白质-DNA作用、致基因毒性药物的作用机制以及基因组调控的见解。