哺乳動物DNA去甲基化過程關(guān)鍵酶TET2的三維結(jié)構(gòu)與催化機制研究.pdf

1、5位胞嘧啶甲基化(5mC)是基因組中關(guān)鍵的表觀遺傳學(xué)修飾，在大多數(shù)植物、動物和真菌模型中高度保守。DNA甲基化的動態(tài)調(diào)控對基因組的穩(wěn)定性、基因表達和機體發(fā)育等重要生物學(xué)過程意義重大。DNA甲基化建立的機制已經(jīng)研究的比較清楚，而科學(xué)家們對DNA甲基化標記的“消除”機制依然知之甚少?？茖W(xué)家們提出了很多候選酶來解釋主動去甲基化過程，包括胞嘧啶脫氨酶、堿基糖苷水解酶以及其他DNA修復(fù)因子，但它們都因為局限于特定的生物系統(tǒng)或生理條件而未被公認為D

2、NA主動去甲基化的廣泛機制。
　　2009年研究報道TET家族蛋白具有氧化5mC為5hmC能力，5hmC是主動去甲基化過程中關(guān)鍵的中間產(chǎn)物，這被認為是揭秘主動去甲基化機制的標志性發(fā)現(xiàn)。隨后的研究表明TET能夠繼續(xù)催化5hmC轉(zhuǎn)化為5fC和5caC，這些5mC氧化衍生物可由堿基切除修復(fù)系統(tǒng)繼續(xù)轉(zhuǎn)換成胞嘧啶從而完成去甲基化過程。作為DNA去甲基化的“發(fā)起者”，TET蛋白在很多重要生物學(xué)過程中扮演著關(guān)鍵角色，TET的突變常見于癌癥尤其是

3、血液腫瘤。然而TET家族蛋白的三維結(jié)構(gòu)一直未能獲得解析，我們無法從分子水平理解TET識別DNA底物的機制及其催化機理。
　　為了解開這一謎題，我們解析了TET2-5mC復(fù)合體分辨率為2.02 A的三維結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)顯示，兩個鋅指結(jié)構(gòu)使得以前認為獨立的兩個結(jié)構(gòu)域Cys-Rich結(jié)構(gòu)域和DSBH結(jié)構(gòu)域形成一個緊致的催化結(jié)構(gòu)域。Cys-Rich結(jié)構(gòu)域?qū)NA穩(wěn)定在DSBH催化核心上方。Cys-Rich結(jié)構(gòu)域的一段疏水卷曲結(jié)構(gòu)插入DNA，

4、將雙螺旋“撬開”，進而5mC翻入到催化口袋中，其甲基朝向Fe(Ⅱ)進而發(fā)生氧化反應(yīng)。TET2的催化空腔可以容納5hmC和5fC以實現(xiàn)5mC的反復(fù)氧化。TET2特異性識別CpG位點并對5mCpG底物有更強的酶活。生化數(shù)據(jù)表明，常見于血液腫瘤的TET2突變通過破壞Fe(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和NOG的配位以及DNA與TET2的結(jié)合顯著降低TET2的酶活。
　　我們的結(jié)構(gòu)闡明了TET2的折疊方式和DNA結(jié)合與識別機制，并通過生化實驗證明血液腫