封面图：《生物化学与生物物理进展》2026年第53卷第1期封面，本文为该期封面文章

一、研究背景：先锋因子是如何“开山辟路”的？

先锋转录因子（Pioneer Transcription Factors，PTFs）是一类独特的能动转录因子，它们能在完全封闭的异染色质中直接进入，找到核小体 DNA 上的靶向序列并结合，进而触发一连串的表观重塑和基因激活。它们在胚胎发育、细胞重编程和肿瘤发生中扮演着关键角色。一个长期悬而未决的科学问题是：DNA 在核小体上的旋转定位（即 DNA 双螺旋的哪个面朝向组蛋白、哪个面背向组蛋白）是否是决定 PTFs 能否和核小体结合的关键因素？之前体外实验表明， P53、SOX7 等因子的体外结合受到旋转定位的强烈影响。但在活细胞中，情况是否相同？本研究对此进行了系统回答。

图 1 利用 DNA 弯曲能量判断转录因子结合基序旋转方位的示意图。弯曲能极小値处对应“小沟暴露在核小体表面”，极大値处对应“小沟进入核小体内部”。不同旋转方位对不同转录因子的结合产生不同影响。

二、研究方法：DNA 弯曲能量模型 + 多组学数据集成

研究基于课题组自建的 DNA 弯曲能量模型，该模型对核小体旋转定位的预测精度达72.2%（误差≤ 2 bp）。体外分析基于 NCAP-SELEX 数据（涵盖近200种转录因子与核小体 DNA 体外结合的大规模测序数据）；体内分析则整合了 OCT4、SOX2、KLF4、GATA4、MYOD1、FOXA1、CEBPA、ASCL1 共8种典型 PTFs 在人类基因组上的 ChIP-seq 结合位点，以及 IMR90、hESC、hNEC 等细胞的 MNase-seq 核小体定位数据。通过弯曲能量的 10-bp 周期性和傅里叶变换（FFT）相位分析，定量化评估了各组基序在核小体上的旋转方位。

三、主要科学发现：体外“旋转定位依赖”，体内“先锋因子超越旋转”

研究收获了一系列简明而重要的结论。一方面，体外实验确实证实了旋转定位的决定性作用：SOX7 的一个基序富集位点，只因为旋转方位不利就在体外中未被 SOX7 结合；P53 的体外结合同样高度依赖其基序上 DNA 小沟是否暴露在核小体表面。另一方面，覆盖全基因组范围的体内分析却得出了完全不同的结论：对于绝大多数 PTFs（ASCL1 除外），已被 PTF 结合的基序与未被 PTF 结合的同一 PTF 的基序，在核小体上呈现出整体相近的旋转定位倾向。这意味着体内中 PTFs 是否结合，在全基因组层面并不主要由旋转方位决定。在胚胎干细胞（hESC）分化为神经外胚层细胞（hNEC）过程中，SOX2 的结合位点发生彻底重排，hNEC 中被 SOX2 结合的核小体基序旋转方位与 hESC 中的总体倾向正好相反，这与 SOX2 结合 DNA 小沟的结构生物学事实相一致。

图 2 研究中的图形摘要。体外系统中（左）PTFs 结合高度依赖基序旋转定位；体内系统中（右）PTFs 则能够超越旋转定位的局限，即使结合面被核小体包埋仍可结合。

四、创新性与科学意义

本研究第一次对体内外 PTFs 结合核小体过程中旋转定位的作用进行了系统性比较。体内外差异的分子水平解释指向多个 PTFs 独特的结构特性：内在无序区域（IDRs）可与核小体发生非特异性预结合；序列特异性结合域能使 DNA 发生弯曲变形，从而释放被包埋的结合面；PTF 之间的协同结合和核小体呼吸作用（瞬时暴露内部 DNA）提供了额外时机。此外，研究对胚胎干细胞重编程和分化进行了区分，揭示了细胞类型特异的辅助因子调控（而非单纯 DNA 序列信息）可能是导致 SOX2 在 hNEC 中和核小体相互作用方式发生改变的根本原因。这项研究不仅深化了对表观遗传学调控机制的理解，也为肿瘤生物学中高频发生突变的PTFs提供了新的分子认识框架。