复旦大学、中科院Nature发布表观遗传新成果

　　来自复旦大学、中科院上海药物研究所等机构的研究人员，揭示出了TET在介导DNA氧化去甲基化作用时的底物偏好及结构基础。研究成果发布在10月28日的《自然》（Nature）杂志上。

　　复旦大学上海医学院的徐彦辉(Yanhui Xu)教授和中科院上海药物研究所的罗成（Cheng Luo）研究员是这篇论文的共同通讯作者。徐彦辉教授的研究方向为染色质组装和修饰的调控机制、肿瘤发生信号转导通路、药物先导化合物的设计和筛选。罗成 研究员的研究方向是理论模拟驱动的创新药/靶发现、确证及调控研究。

　　作为一种重要的表观遗传修饰，DNA甲基化广泛参与基因表达的调控，组蛋白修饰的建立等过程。在体内和体外的多种重编程过程中，DNA甲基化的去除对于全能性基因的激活和组蛋白修饰的重建十分重要。TET家族的双加氧酶能够将哺乳动物基因组中的5-甲基胞嘧啶（5mC）逐步氧化成5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）、5-甲酰基胞嘧啶（5fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC）（延伸阅读：曹雪涛院士Nature发布表观遗传重要成果 ）。哺乳动物的胸腺嘧啶糖苷酶（TDG）负责选择性识别和切除5fC和5caC，通过碱基切除修复使其恢复为普通胞嘧啶。

　　以往的研究表明5hmC的丰度是5fC/5caC的10-100倍，它在神经元、自我更新及多能的干细胞中水平相对较高，在癌细胞中水平大大降低。 在小鼠胚胎干细胞中耗尽Tdg可导致5fC和5caC累积，增加2-10倍，但5hmC和5mC水平则无明显改变，表明胸腺嘧啶-DNA 糖基化酶( thymine-DNA glycosylase,TDG)并非导致5hmC和5fC/5caC差异性丰度的主要原因。体外生物化学分析表明，相比5hmC/5fC小鼠Tet2和 阿米巴原虫Tet样蛋白对5mC显示更高的活性，表明TET酶有可能在控制5mC氧化衍生物水平上起重要作用。

　　在这篇Nature新文章中，研究人员证实相比于5hmC/5fC-DNA底物，人类TET1和TET2对5mC-DNA具有更高的活性。他们获得了分辨率分别为1.80埃和1.97埃的TET2–5hmC-DNA和TET2–5fC-DNA复合物的晶体结构。

　　这些结构显示，TET2以相似的方式特异性识别5hmC/5fC的胞嘧啶部分以及TET2–5mC-DNA结构中5mC的胞嘧啶部分，在催化口袋内 5mC/5hmC/5fC的嘧啶碱基采用了几乎相同的构象。但5hmC的羟基和5fC的羧基朝着相反的方向，这是因为5hmC的羧甲基和5fC甲酰基分别 通过与NOG的1-羧化物和胞嘧啶的N4环外氮形成氢键呈现受限制的构象。

　　生物化学分析表明，TET2的底物偏好是由于TET2介导氧化中不同的抽氢反应效率所致。5hmC和5fC在催化口袋中受限制的构象有可能阻止了它们可抽取的氢采用有利于抽氢反应的定向，导致了低催化效率。

　　新研究揭示出了相比5hmC/5fC-DNA底物，TET蛋白对5mC-DNA具有更高的活性，这是由于氧化过程中TET蛋白催化口袋内5mC /5hmC/5fC不同的内在特性所致。因此，一旦在基因组中建立，5hmC不大容易进一步氧化，除非TET蛋白受到刺激变得更加活化。调控TET蛋白的 基因组定位和/或酶活性或可精确控制5mC及其氧化衍生物的模式。研究结果表明，TET蛋白在进化上调整为对5hmC反应活性降低，促进了生成的5hmC 作为一种稳定的标记实现调控功能。