生化與細胞所DNA去甲基化機制研究有新發現

　　高等生物的基因組DNA中除含有腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)四種常見的堿基形式外，還含有胞嘧啶的修飾形式：5-甲基胞嘧啶(5mC)，被稱為第5種堿基。而且它可以進一步被氧化為5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)，也被稱為第6堿基。這些修飾形式在表觀調控中都具有重要的作用，但它們如何被可逆轉變為胞嘧啶(C)還不清楚。

　　中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所的工作證明，DNA中的5mC和5hmC都可以被Tet家族的雙加氧酶進一步氧化為第7種堿基：5-羧基胞嘧啶(5caC);此外，胸腺嘧啶DNA糖基化酶(TDG)可以特異性地識別這一新的堿基修飾形式，并將其從基因組中切除。8月4日，《科學》(Science)雜志在線發表了這項關于DNA去甲基化機制的研究發現。這項研究由徐國良、李林、丁建平實驗室及中科院藥物所等單位合作完成，副研究員賀宇飛、博士后李濱忠等承擔了主要工作。

　　動植物生長發育與疾病發生、發展都廣泛受到表觀遺傳調控。目前研究得比較清楚的是胞嘧啶第5位的甲基化。它直接參與了轉錄調控和基因組的其他調控過程。由于胞嘧啶的甲基化會引起染色體的壓縮和基因沉默，所以對于表達活躍的基因來說，它們的啟動子和增強子區域的DNA往往處于低甲基化水平狀態。因此，DNA的去甲基化對于沉默基因的轉錄重激活起著重要作用。在原始生殖細胞發生及受精后父源基因組的重塑過程中出現的大規模的去甲基化，被認為是擦除父母甲基化譜式并建立后代新的甲基化譜式的關鍵，這些表觀遺傳重編程過程中發生的去甲基化對于早期胚胎的發育及配子產生都是十分重要的。

　　在此項研究發表之前，對于主動的去甲基化機制有多種猜想，包括通過直接氧化打開碳-碳鍵，即直接將甲基基團從甲基胞嘧啶上切除;通過酶促反應將甲基基團以甲醛的形式從5hmC上移除;以及通過DNA剪切修復將甲基胞嘧啶直接替換。但是，這些可能的途徑尚未有任何一種得到生物化學或者遺傳學實驗的驗證。盡管Tet1加氧酶從理論上推測可能執行逆轉DNA甲基化的功能，但是，其去甲基化過程是如何實現是未知的。生化與細胞研究所的上述工作表明：5mC 可以被Tet蛋白氧化為5-羧基胞嘧啶(5caC)，而5caC又進一步被TDG識別并切除(進而通過DNA剪切修復途徑替換為沒有修飾的C)，從而初步闡明了一條DNA主動去甲基化的途徑(5mC→5hmC→5caC→C)，為研究DNA去甲基化作用及生理功能指明了方向。

　　這項工作得到了國家科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的經費支持。