Nature子刊：胸腺嘧啶DNA糖基化酶作用机制

何川，蒋华良等发Nature子刊文章解析DNA修饰

　　

生物通报道：来自芝加哥大学，中科院上海药物研究所等处的研究人员发表了题为“Thymine DNA glycosylase specifically recognizes 5-carboxylcytosine-modified DNA”的文章，在之前研究基础上，进一步探讨了人类胸腺嘧啶DNA糖基化酶的结晶结构，以及分子机制，相关成果公布在Nature Chemical Biology杂志上。

文章的通讯作者是芝加哥大学的华裔科学家何川教授，其早年毕业于中国科学技术大学，之后获得麻省理工博士学位，现任芝加哥大学化学系教授，北京大学化学与分子工程学院****讲座教授。参与这项研究的还包括上海药物研究所蒋华良研究员等。

在高等生物中比较普遍的DNA修饰方式主要是胞嘧啶甲基化，生成5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5mC），这一过程可以通过Tet家族双加氧酶（dioxygenases），转化成另外一种修饰形式：5-羟甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine，5hmC）。这些表观遗传学修饰也被称为DNA的第5种，和第6中碱基。

去年芝加哥大学与中科院研究人员合作，发现了Tet双加氧酶可以将5mC和5hmC氧化成5-胞嘧啶羧基（5-carboxylcytosine，5caC），之后5caC会被胸腺嘧啶DNA糖基化酶（thymine DNA glycosylase，TDG）识别，并消化。但是TDG具体的作用机制，研究人员还不是很清楚。

在这篇文章中，研究人员解析了人类胸腺嘧啶DNA糖基化酶（hTDG），通过获取包含有5caC，或者模拟基团的双链DNA复合物中hTDG催化位点的结晶结构，进一步分析了这一关键酶的作用机制。

研究人员还结合生化实验和生物信息学分析方法，发现5caC能被hTDG活性位点特异性识别，这证实了TDG在哺乳动物5mC去甲基化过程中扮演的重要角色。

DNA修饰与许多重要的生物过程，如胚胎发育和细胞周期调控都息息相关，而多个癌症也表现出异常的DNA修饰模式。一直以来科学家们对于DNA修饰中的一个重要环节——5-甲基胞嘧啶如何去甲基化的过程不清楚，而去年发表的Science文章解答了这一迷题：研究人员证明了Tet在体内和体外实验中都能将5mC和5hmC氧化成5-胞嘧啶羧基（5-carboxylcytosine，5caC），并且进一步TDG敲除实验也说明5caC的积累，这些研究数据都表明5mC转变成5caC，继而被消化的过程是DNA去甲基化的一条重要途径。

除此之外去年北卡罗来纳州大学的研究人员还发现了两种新型的DNA碱基：5fC（5-胞嘧啶甲酰）和5caC（5-胞嘧啶羧基）。这是新发现的第7，8种DNA碱基，改写原有教科书理论，具体见：华裔学者Science发里程碑成果：第7，8种DNA碱基 。

（生物通：万纹）

原文摘要

Thymine DNA glycosylase specifically recognizes 5-carboxylcytosine-modified DNA

Human thymine DNA glycosylase (hTDG) efficiently excises 5-carboxylcytosine (5caC), a key oxidation product of 5-methylcytosine in genomic DNA, in a recently discovered cytosine demethylation pathway. We present here the crystal structures of the hTDG catalytic domain in complex with duplex DNA containing either 5caC or a fluorinated analog. These structures, together with biochemical and computational analyses, reveal that 5caC is specifically recognized in the active site of hTDG, supporting the role of TDG in mammalian 5-methylcytosine demethylation.

作者简介：

何川教授

1994年毕业于中国科学技术大学化学系，2000年获麻省理工学院博士学位，2000—2002年在哈佛大学做博士后，2002年至今执教芝加哥大学化学系。主要从事生物无机化学、化学生物学、催化方面的研究。在病原体中耐药性及毒性的控制、蛋白质对金属离子选择性识别、DNA修复和金属催化等方面取得了卓越的成就。2000年至今，在Nature Chem. Biol.；Angew. Chem. Intl. Ed.；J. Am. Chem. Soc等权威性国际杂志上发表论文近五十篇。03年获得美国塞尔学者奖和研究创新奖，04年获得美国癌症研究青年科学家奖和凯克基金会医学研究杰出青年学者奖，05年获得斯隆研究奖和贝克曼青年科学家奖，06年获得“Camille Dreyfus”学者奖，07年获得CACPA杰出青年奖。

蒋华良研究员
男，研究员，博士生导师。现任中国科学院上海药物研究所副所长、所学术委员会副主任、药物发现与设计中心主任。 蒋华良研究员 1987 年毕业于南京大学化学系，获得学士学位； 1992 年毕业于华东师范大学化学系，获得理学硕士学位； 1995 年毕业于中国科学院上海药物研究所，师从嵇汝运院士和陈凯先院士，获得理学博士学位。随后留在药物所工作，历任副研究员、研究员、博士生导师、药物发现与设计中心主任、所学术委员会副主任、副所长等职。他是国家杰出青年基金获得者，科技部 973 计划首席科学家，科技部 863 计划“生物和医药技术领域”专家组成员，科技部中长期规划重大基础研究项目“蛋白质科学研究”专家组成员，国家自然科学基金委重大研究计划“基于化学小分子探针的信号转导过程研究”专家组成员。