研究表明，水分子有助于蛋白质读取人类基因组

在《自然结构与分子生物学》发表的一项研究中，卡罗林斯卡学院医学生物化学与生物物理学系的科学家发现，水分子在帮助蛋白质，特别是转录因子读取和调节人类基因组方面发挥着关键作用

我们的基因组中只有大约1%由基因组成，即指定蛋白质结构和功能的DNA片段。蛋白质编码基因在哺乳动物中高度相似，人类和其他动物之间的大部分差异源于基因活性的调节方式

被称为转录因子的蛋白质调节基因活性，因此只有一组必要的基因在特定的时间和地点被激活。每个转录因子识别并结合一个独特的短DNA序列，该序列通常位于99%的基因组中，不编码蛋白质。转录因子的结合会增加或减少附近基因的表达

“转录因子如何选择其结合位点一直是生物学中的一个长期问题。通过将高分辨率结构分析与先进的计算方法相结合，我们揭示了构成细胞团主体的水有助于转录因子与DNA结合并区分密切相关的DNA序列，”卡罗林斯卡学院Jussi Taipales Group的通讯作者兼研究员叶卡捷琳娜·莫尔古诺娃说

研究小组发现，同一转录因子可以与两个不同的DNA序列结合，每次都利用水，但方式不同：对于一个序列，水分子有助于结合，因为它们被释放出来自由移动，增加了无序（熵）。对于另一个序列，水分子在转录因子和DNA之间“冻结”，桥接两者

Morgunova说：“了解转录因子和DNA之间相互作用的机制对于理解正常的基因调控、疾病期间的变化以及如何操纵基因调控进行治疗至关重要。这些结果为理解基因调控机制提供了关键信息。”

该研究结合了高通量技术（SELEX）用于寻找转录因子结合的特定DNA序列，高分辨率X射线晶体学用于求解与DNA结合的转录因子的结构，以及先进的模拟技术，包括用于量化蛋白质-DNA界面处水分子无序效应（熵贡献）的Per|Mut算法

Morgunova说：“这项研究是我们实验室多学科研究的一部分，我们的目标是完全解码我们基因组的调控语法，解释DNA序列如何决定基因何时何地表达，以及导致疾病的变异和突变如何改变基因表达。” More information: Ekaterina Morgunova et al, Interfacial water confers transcription factors with dinucleotide specificity, Nature Structural & Molecular Biology (2025). DOI: 10.1038/s41594-024-01449-6

Journal information: Nature Structural and Molecular Biology , Nature Structural & Molecular Biology