Cell综述：人类转录因子（The Human Transcription Factors）

一、How Transcription Factors Are Identified（如何鉴定转录因子）
二、Determining TF DNA-Binding Motifs（确定TF的DNA结合motif）
- 1. Motif与PWM及其PWM的限制
- 2. TF的序列偏好和结合位点
- 3. ChIP-seq在检测TF结合位点方面的作用与限制
三、TF Cooperativity and Interactions with Nucleosomes（TF的协调性和TF与核小体的互作）
- 1. 引言
- 2. 协同结合的两种方式
- 3. TF与DNA结合的机制
四、TF Effector Functions（TF效应子功能）
五、The Human TF Repertoire（人类转录因子库或集合）
六、Sequence Specificities of the Human TFs（人类TFs的序列特异性）

以下内容是关于文献《The Human Transcription Factors》的笔记。

这篇综述讲述了如何鉴定TF与如何对TF（Transcription Factors）的功能进行表征（characterize）。

首先对文献的每一节进行一下梳理：

How Transcription Factors Are Identified（如何鉴定转录因子）
Determining TF DNA-Binding Motifs（确定TF的DNA结合motif）
TF Cooperativity and Interactions with Nucleosomes（TF的协调性和TF与核小体的互作）
TF Effector Functions（TF效应子功能）
The Human TF Repertoire（人类转录因子库或集合）
Sequence Specificities of the Human TFs（人类TFs的序列特异性）
Conservation and Evolution of Human TFs（人类TFs的保守和进化）
Expression of Human TFs across Tissues and Cell Types（人类TFs在组织和细胞类型中的表达）
Human TFs in Genetics and Disease（人类遗传和疾病的TFs）
Perspective: Learning to Read the Genome（视角：学习读懂基因组）

下面对每一节的内容做一下笔记记录。

一、How Transcription Factors Are Identified（如何鉴定转录因子）

真核生物的主要TF家族最初于1980s被鉴定，这些主要TF有：C2H2-zinc finger, Homeodomain, basic helix-loop-helix (bHLH), basic leucine zipper (bZIP), and nuclear hormone receptor (NHR)。
这些TF的结合位点通常是由DNase印迹或mobility shift等方法来鉴定的。新的DNA结合蛋白继续通过实验方法被鉴定，这些实验方法包括one-hybrid assays，DNA affinity purification-mass spectrometry，protein microarrays。
现如今，大部分已知和推定的TFs是通过与先前确定的DNA结合域（DBD）的序列同源性来鉴定的，这种方法也被用来鉴定TF。
当仅基于与DBD的同源性匹配推断TF的功能时，必须小心，因为并非所有这些域都必定结合特异的DNA序列。

二、Determining TF DNA-Binding Motifs（确定TF的DNA结合motif）

本节主要介绍了表征TF结合位点的motif与鉴定TF motif的方法。

1. Motif与PWM及其PWM的限制

motif通常展示为序列logo的形式，如下图就是转录因子AP1的motif：

这种序列logo通常用PWM（position weight matrix，位置权重矩阵）来表示。大多数情况下，这些logo可以反映该TF对一些DNA序列的强偏好性，即更偏好与该序列结合。
当然，也有一些PWM不能捕获所导致的complications（并发症），主要原因有：

motif的各个位置的碱基之间存在依赖；
该TF有多个结合模式，例如蛋白质的不同物理构型导致分离的不同基序；
cooperative interactions（互作）可能会影响TF的结合位点；
DNA甲基化可以影响结合；
为了解决这些问题，一些更复杂的模型也相继被开发出来。然而，在多数情况下，这些复杂模型相比于PWM的提升很小或几乎检测不到，因此PWM仍然是用于TF结合分析的最普遍使用的模型。

2. TF的序列偏好和结合位点

TF的序列偏好和结合位点可以通过多种体外和体内技术进行评估，表1列出了最流行的方法与该方法的特点。作为相对结合亲和力的预测因子，大量序列的motif可以从定量亲和力测量中最准确地获得，最好是使用纯化的蛋白质和DNA。

3. ChIP-seq在检测TF结合位点方面的作用与限制

这一部分主要讲了ChIP-seq作为一种半定量的衡量方法，其在检测TF结合位点方面的限制，然后讲了先验知识可以帮助TF motif的鉴定，并继续介绍了ChIP-seq的一些限制已经在理论上通过高精度方法（比如ChIP-exo)被解决了，但目前的例子还很少。

ChIP-seq在检测TF结合位点方面的限制主要有4点：

结合受染色质状态的影响（许多TF几乎完全结合在开放染色质）以及基因组序列含量的偏差；
ChIP-seq可以检测到间接结合，这可能导致识别除ChIPped以外的其他蛋白质的motif（ChIPped需要了解一下）
由于使用了交联剂，ChIP无法确定平衡结合；
ChIP数据高度依赖于抗体质量，而许多抗体会交叉反应，并且ChIP-grade抗体不适用于许多TF；

三、TF Cooperativity and Interactions with Nucleosomes（TF的协调性和TF与核小体的互作）

1. 引言

多细胞动物的TFs必须在DNA结合和效应子功能上共同工作以获得所需的特异性（specificity）；

已知的TF进行合作的方式有很多种，包括在结合DNA时互相帮助(cooperative binding)或通过不同的机制影响染色质状态或转录(synergistic regulation)；TFs也可以作为同型二聚体(homodimer)（如bZIPs, bHLHs）、三聚体形式（热激因子）或高阶结构结合。TF的相互作用本质上与增强子功能和“逻辑”有关。

该文献接下来主要考虑cooperative binding（后文称为协同结合）是如何获得的，因为它与TF功能密切相关。

2. 协同结合的两种方式

协同结合可以通过几种方法发生，最容易理解的方式是通过PPI（protein-protein interactions）来实现协同结合。当两个（或多个）相互作用的蛋白质以兼容的间距和方向结合DNA时，这种方式可以赋予TFs额外的稳定性。
最近的研究表明，DNA介导的协同结合（另一种协同结合方法）在TF功能中也起着重要的作用。在这种方式下，一个TF的结合会在某种程度上影响DNA的形状，从而促进第二个TF的结合。

3. TF与DNA结合的机制

为了能够与核小体DNA结合，TFs必须与核小体竞争，或与核小体或核小体DNA互作以访问这些位点。TFs天生便可以互相协作以与核小体竞争，此外一些TFs可以发动核小体的置换或至少改变它们的构象，最有可能通过招募ATP依赖的染色质重塑者（chromatin remodelers）和其他TFs来实现。

这些TF的活性也可能取决于它们结合核小体DNA的能力，这可能受核小体上结合位点的旋转定位的影响（如the Yamanaka factors POU5F1, SOX2, KLF4, andMYC）。

另一个有趣的观察结果是，不同的染色质重塑者对特定的DNA序列和/或核小体构象具有偏好（Rippe等，2007），这表明核小体和核小体定位机制都赋予TF作用额外的DNA序列特异性。

四、TF Effector Functions（TF效应子功能）

五、The Human TF Repertoire（人类转录因子库或集合）

六、Sequence Specificities of the Human TFs（人类TFs的序列特异性）

Conservation and Evolution of Human TFs（人类TFs的保守和进化）
Expression of Human TFs across Tissues and Cell Types（人类TFs在组织和细胞类型中的表达）
Human TFs in Genetics and Disease（人类遗传和疾病的TFs）
Perspective: Learning to Read the Genome（视角：学习读懂基因组）