近日,，上海交通大學醫(yī)學院張良課題組與中國科學院上海藥物研究所羅成課題組合作，在化學生物學著名期刊《化學科學》（Chemical Science,，影響因子：9.556）上發(fā)表了題為Thymine DNA glycosylase recognizes the geometry alteration of minor grooves induced by 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine的研究論文,。該研究揭示了人類主動去甲基化途徑中關鍵酶胸腺嘧啶DNA糖基化酶TDG對該途徑中多個結構高度類似核酸修飾物5mC、5hmC,、5fC和5caC的選擇性識別和催化分子機制,，為進一步深入了解人類唯一發(fā)現(xiàn)的DNA主動去甲基化途徑的作用機制和生物功能奠定了理論基礎。
哺乳動物基因組上DNA胞嘧啶的甲基化(5mC)是經典的表觀遺傳修飾,?；騿幼訁^(qū)域的胞嘧啶被高度甲基化可造成基因的沉默，從而實現(xiàn)基因的時空調控,，改變生物功能,。然而，對于5mC完成必要調控后其甲基如何被去除一直不清楚,。2011年,，人類首個DNA主動去甲基化途徑終于被發(fā)現(xiàn)：首先，利用雙加氧酶Tet將5mC的甲基逐步催化生成5羥甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC),，5-醛基胞嘧啶(5-formylcytosine, 5fC)和5-羧基胞嘧啶(5-carboxylcytosine, 5caC),；然后，胸腺嘧啶DNA糖基化酶TDG選擇性識別5fC和5caC并將其堿基切除,；最后,，哺乳動物細胞通過經典的DNA損傷修復機制對該位點進行修復,，最終實現(xiàn)從5mC到胞嘧啶的轉換。然而,，由于5mC,，5hmC，5fC和5caC這四種核酸修飾物的化學結構高度類似,，對于TDG如何選擇性識別和催化這些核酸修飾物一直不清楚,。
針對這一科學問題，張良課題組首先分別解析了含有5mC,，5hmC,，5fC和5caC核酸修飾的短鏈DNA雙螺旋晶體結構，進而,，羅成課題組對晶體結構開展的分子動力學模擬,，發(fā)現(xiàn)5fC和5caC可以引起DNA雙螺旋小溝的顯著構象變化。而TDG正好通過位于小溝附近的關鍵氨基酸R275來感應這種構象變化,，從而幫助TDG對不同核酸修飾物進行選擇性識別和催化,。這部分研究回答了哺乳動物DNA去甲基化途徑中對多種高度類似核酸修飾物的選擇性識別和催化的科學問題，為進一步研究該途徑的生物功能奠定了理論基礎,。
上海交通大學基礎醫(yī)學院碩士生付天然,、中科院上海藥物研究所博士生劉麗萍和中科院上海生化細胞所博士生楊清林為該論文的共同第一作者。上海交通大學醫(yī)學院張良研究員和中科院上海藥物所羅成研究員為該論文的共同通訊作者,。該工作得到了國家自然科學基金委“生物大分子動態(tài)修飾與化學干預”重大研究計劃,、美國NIH項目和上海市轉化醫(yī)學協(xié)同創(chuàng)新中心的資助，并得到上海光源BL17U1/19U1和國家蛋白質中心平臺的大力支持,。
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