亜鉛クラスター転写因子は、非標準的なハーフサイト結合モードを使用してターゲット遺伝子を頻繁に活性化します

遺伝子発現の変化は、転写因子（TFS）によって組織化されており、DNAに結合して遺伝子発現を調節します。in vivo TFの占有を含む、転写プロセスの基本的な特徴を予測することは驚くほど困難です。TF関数の既存の熱力学モデルは、多くの場合、実験的測定と一致しないことが多く、発見されていない生物学を示唆しています。ここでは、最もよく研究されているTFの1つである酵母亜鉛クラスターGAL4を分析し、その結合を記述するためにShea-Fakersの熱力学モデルを構築し、このモデルの結果を実験的に測定したGal4P結合でin vivoで比較しました。多くのプロモーターで、モデルはGAL4P結合を予測していないが、実質的な結合が観察されたことがわかりました。これらの異常値のプロモーターには標準的な結合モチーフが欠けており、その後の調査により、Gal4Pは、その半分の部位（CGG）の高密度を持つDNA配列に予期せずに結合することが明らかになりました。複数の実験パラダイムと計算パラダイムを介したこの新しい結合モードを確認しました。また、テストした他のほとんどの亜鉛クラスターTFSは、頻繁にこのバインディングモードを使用して、ターゲットの27％を平均して利用していることがわかりました。一緒に、これらの結果は、酵母のTFSの最大のクラスである亜鉛クラスターが、ハーフサイトの高密度でDNA配列を結合するここで、亜鉛クラスターが結合する新しい結合モードを示しています。

Gene expression changes are orchestrated by transcription factors (TFs), which bind to DNA to regulate gene expression. It remains surprisingly difficult to predict basic features of the transcriptional process, including in vivo TF occupancy. Existing thermodynamic models of TF function are often not concordant with experimental measurements, suggesting undiscovered biology. Here, we analyzed one of the most well-studied TFs, the yeast zinc cluster Gal4, constructed a Shea-Ackers thermodynamic model to describe its binding, and compared the results of this model to experimentally measured Gal4p binding in vivo. We found that at many promoters, the model predicted no Gal4p binding, yet substantial binding was observed. These outlier promoters lacked canonical binding motifs, and subsequent investigation revealed Gal4p binds unexpectedly to DNA sequences with high densities of its half site (CGG). We confirmed this novel mode of binding through multiple experimental and computational paradigms; we also found most other zinc cluster TFs we tested frequently utilize this binding mode, at 27% of their targets on average. Together, these results demonstrate a novel mode of binding where zinc clusters, the largest class of TFs in yeast, bind DNA sequences with high densities of half sites.