文章总述
这篇文章的主题是通过化学控制转录因子（TF）聚集来调节基因调控功能。研究人员构建了合成的转录因子，其聚集行为可以通过化学方式控制。通过调整系统的单一参数（即，转录因子聚集倾向），他们提供了证据支持转录因子聚集直接激活和放大目标基因。单基因成像表明，这种放大结果来自转录动态的调节。重要的是，转录因子聚集倾向通过显著调节有效的转录因子结合亲和力，以及在较小程度上调节超敏感性，从而调节基因调控功能，这有助于双峰性和持续反应行为，这些都让人联想到典型的细胞命运控制系统。总的来说，这些结果表明，转录因子聚集可以调节基因调控功能，以实现突现行为，并强调了化学控制蛋白质聚集的潜在应用。
化学调控系统的构建
作者构建的系统在原有的雷帕霉素诱导系统上进行改造，通过Tag6和HOTag6的作用，使其在无雷帕霉素的存在时，将会形成四聚体，而存在雷帕霉素时，将会相互作用成簇。为了定量表达过程，作者通过和TF结合域（TetO）相连的iRFP和能形成茎环的24xPP7来作为报告系统。
之后通过探究雷帕霉素浓度对转录因子聚集的影响，通过使用U2OS细胞系，滴定从0nM到1000nM的雷帕霉素，之后在共聚焦显微镜下观察切片。通过数学建模和观察发现，随着雷帕霉素浓度的升高，细胞中聚类因子的打分（直径和数量/细胞）都有上升。且在达到最大浓度的雷帕霉素时，聚类的直径平均曲线并未到达表观最大值，但另外两条曲线则达到了，说明随着浓度的升高，聚类倾向于形状变大而不是数量增多（当浓度超过100nM时）。
TF聚类倾向直接影响目标蛋白表达水平
作者通过在三种细胞系中进行对照试验，变量包括DNA结合位点，TF结合位点数目，细胞系。通过对照试验发现目标蛋白表达水平受到雷帕霉素浓度的显著影响，这种影响不是因为其他别的因素引起的。
这些数据表明，TF表达扩增的聚类依赖于DNA结合位点的数量，这与最近的研究结果相一致。而且在低雷帕霉素的浓度下也可以产生表达扩增的现象，这种现象在目测情况下和无雷帕霉素的条件下产生的表达扩增无明显增加。而且表达扩增在比可视检测TF聚类饱和更低的雷帕霉素的浓度下饱和。说明基因表达的扩增可以由TF聚类来促进，但是存在上限，这种上限不是由聚类的大小和数量来决定的。
TF聚类可以直接激活和调节转录动态
作者想用PP7形成的茎环来作为报告，探究TF簇对靶基因的时空激活，因此作者想探究雷帕霉素依赖的TF簇能否可以以多西环素依赖的方式整合到靶基因位点上。而且因为可以观察同一细胞的转录信号，所以可以在时空上探索TF簇和基因结合位点的相互作用，最后，想通过不同浓度的雷帕霉素来探究靶基因在不同聚类倾向下的TF的作用下的转录水平
作者进行了一系列的实验，包括使用荧光原位杂交（FISH）技术来同时观察报告基因位点和转录因子聚集体，以及使用双色时间延迟成像来观察稳定整合的目标基因位点的新生转录信号和转录因子聚集体的信号。这些实验结果显示，转录因子聚集体可以特异性地与DNA结合，并且这种结合是可控的，这为合成转录因子聚集体的因果基因调控作用提供了证据。
作者发现，转录因子聚集体和新生转录信号之间存在空间上的相互作用，这些相互作用可能是由转录因子聚集体与报告基因位点的结合引起的。此外，他们还发现，转录因子聚集体的大小与新生转录信号的强度之间存在负相关性。
通过调整转录因子聚集体的倾向，作者发现，转录因子聚集体可以显著影响转录动态。具体来说，增加聚集倾向可以显著增加新生转录位点被检测到的时间比例，减少添加多西环素后到第一次转录爆发的时间，并导致更多的基因在同一调控元中被激活。
总的来说，这些数据提供了基于成像的证据，表明转录因子聚集体可以直接并增强地激活目标基因的转录。这些数据也暗示，通过增强转录因子的聚集倾向，细胞可以在不改变其表达水平的情况下激活特定调控元中的更多基因。
作者发现，当转录因子（TF）聚集倾向高时，基因调控功能可以被调节以实现双模态。他们使用流式细胞术来表征U2OS-7TetO细胞，发现输入信号在不同的雷帕霉素浓度下呈单峰分布，而输出信号在较高的雷帕霉素浓度下呈双峰分布。这些数据表明，当转录因子聚集倾向高时，基因调控功能可以被调节以实现双模态。
作者推测，基因调控功能的有效转录因子结合亲和力和超敏感性的调节可能导致双模态的出现。他们使用Hill函数拟合流式细胞术的输入-输出数据，并发现随着雷帕霉素浓度的增加，转录因子对DNA的有效结合亲和力（即，解离常数减小）和Hill系数都有所增加。
作者发现，转录因子聚集倾向可以调节基因调控功能的有效结合亲和力和超敏感性，其中有效结合亲和力的调节程度比超敏感性大得多，这表明在他们的系统中，转录因子聚集对基因调控功能的敏感性的影响大于对超敏感性的影响。
作者还发现，这些调节有效地导致输出信号的绝对细胞间变异性（即，标准差）增加，而输入信号的变异性在所有条件下都保持相对恒定。相比之下，相对细胞间变异性（即，变异系数或噪声）显示出非单调行为，这表明转录因子聚集可以调节基因表达噪声。
- 作者通过一系列的计算模拟验证了他们的观察结果，这些模拟成功地复现了持续响应行为。他们发现，有效的转录因子结合亲和力的调节，而不是超敏感性的调节，对观察到的行为起主要作用。这些结果表明，转录因子聚集大大调节了基因调控功能的有效结合亲和力，从而导致观察到的持续响应（即，类似记忆的）行为。
- 在讨论部分，作者指出，越来越多的研究表明转录因子聚集在决定细胞命运中起关键作用，然而，转录因子聚集在基因调控中的定量作用仍然不太清楚。在这项工作中，作者通过合理设计一个具有化学可调转录因子聚集的自下而上的合成基因调控系统，阐明了转录因子聚集在激活和放大基因转录以及调节基因调控功能中的作用。
- 作者的合成系统为建立转录因子聚集倾向和聚集转录因子在基因调控作用之间的因果关系提供了独特的机会。他们通过调整转录因子的聚集倾向，并同时测量相关的目标基因的反应变化，发现转录因子聚集可以显著影响转录动态。
- 作者通过系统的解剖，证明了基因调控功能的参数可以通过转录因子聚集进行定量调节。他们发现，转录因子聚集对基因调控功能的敏感性的影响大于对超敏感性的影响。
- 作者证明了基因调控功能的调节可以在高转录因子聚集倾向下导致系统出现新的行为，包括双模态和持续响应行为。他们发现，转录因子聚集可以显著调节有效的转录因子结合亲和力，这可能为许多在转录组中双峰分布的基因提供了见解。
