近日,，國(guó)際著名雜志Nature Chemical Biology雜志刊登了來(lái)自芝加哥大學(xué),，中科院上海藥物研究所等處的研究人員的最新研究成果“Thymine DNA glycosylase specifically recognizes 5-carboxylcytosine-modified DNA”,，文章中,，研究者在之前研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了人類(lèi)胸腺嘧啶DNA糖基化酶的結(jié)晶結(jié)構(gòu),，以及分子機(jī)制,。
文章的通訊作者是芝加哥大學(xué)的華裔科學(xué)家何川教授，其早年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),，之后獲得麻省理工博士學(xué)位,，現(xiàn)任芝加哥大學(xué)化學(xué)系教授，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院長(zhǎng)江學(xué)者講座教授,。參與這項(xiàng)研究的還包括上海藥物研究所蔣華良研究員等,。
在高等生物中比較普遍的DNA修飾方式主要是胞嘧啶甲基化，生成5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine,，5mC）,，這一過(guò)程可以通過(guò)Tet家族雙加氧酶（dioxygenases），轉(zhuǎn)化成另外一種修飾形式：5-羥甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine,，5hmC）,。這些表觀遺傳學(xué)修飾也被稱(chēng)為DNA的第5種和第6種堿基。
去年芝加哥大學(xué)與中科院研究人員合作,，發(fā)現(xiàn)了Tet雙加氧酶可以將5mC和5hmC氧化成5-胞嘧啶羧基（5-carboxylcytosine,，5caC），之后5caC會(huì)被胸腺嘧啶DNA糖基化酶（thymine DNA glycosylase,，TDG）識(shí)別并消化,。但是TDG具體的作用機(jī)制，研究人員還不是很清楚,。
在這篇文章中,，研究人員解析了人類(lèi)胸腺嘧啶DNA糖基化酶（hTDG），通過(guò)獲取包含有5caC,，或者模擬基團(tuán)雙鏈DNA復(fù)合物中hTDG催化位點(diǎn)的結(jié)晶結(jié)構(gòu),，進(jìn)一步分析了這一關(guān)鍵酶的作用機(jī)制。
研究人員還結(jié)合生化實(shí)驗(yàn)和生物信息學(xué)分析方法,，發(fā)現(xiàn)5caC能被hTDG活性位點(diǎn)特異性識(shí)別,，這證實(shí)了TDG在哺乳動(dòng)物5mC去甲基化過(guò)程中扮演的重要角色。
DNA修飾與許多重要的生物過(guò)程,，如胚胎發(fā)育和細(xì)胞周期調(diào)控都息息相關(guān),，而多個(gè)癌癥也表現(xiàn)出異常的DNA修飾模式。一直以來(lái)科學(xué)家們對(duì)于DNA修飾中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)——5-甲基胞嘧啶如何去甲基化的過(guò)程不清楚,，而去年發(fā)表的Science文章解答了這一迷題：研究人員證明了Tet在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中都能將5mC和5hmC氧化成5-胞嘧啶羧基（5-carboxylcytosine,，5caC），并且進(jìn)一步TDG敲除實(shí)驗(yàn)也說(shuō)明5caC的積累，這些研究數(shù)據(jù)都表明5mC轉(zhuǎn)變成5caC,，繼而被消化的過(guò)程是DNA去甲基化的一條重要途徑,。
除此之外去年北卡羅來(lái)納州大學(xué)的研究人員還發(fā)現(xiàn)了兩種新型的DNA堿基：5fC（5-胞嘧啶甲酰）和5caC（5-胞嘧啶羧基）。這是新發(fā)現(xiàn)的第7,、8種DNA堿基,，改寫(xiě)原有教科書(shū)理論。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1038/nchembio.914
PMC:
PMID:
Thymine DNA glycosylase specifically recognizes 5-carboxylcytosine-modified DNA
Liang Zhang, Xingyu Lu, Junyan Lu, Haihua Liang, Qing Dai, Guo-Liang Xu, Cheng Luo, Hualiang Jiang & Chuan He
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
