在复旦大学生物医学研究院徐彦辉教授前期研究基础上，上海药物所药物发现与设计中心罗成研究员与之组成研究团队，首次报道了TET蛋白对三种DNA甲基化衍生物不同催化活性的分子机制，揭示了TET蛋白底物偏好性机制，为基因组中5-羟甲基胞嘧啶稳定存在提供了分子水平的解释。该研究论文( “Structural insight into substrate preference for TET-mediated oxidation”，晶体结构揭示TET蛋白介导的氧化反应底物偏好性机制)于2015年10月29日在线发表于国际顶级学术期刊《自然》。 

　　DNA双螺旋结构中包含4种经典碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。哺乳动物基因组的胞嘧啶上会产生甲基化修饰，称为5-甲基胞嘧啶(5mC, 即第5种碱基)。近期研究发现，TET蛋白将5-甲基胞嘧啶连续氧化为5-羟甲基胞嘧啶(5hmC, 第6种碱基)，5-醛基胞嘧啶(5fC, 第7种碱基)，5-羧基胞嘧啶(5caC, 第8种碱基)。5-甲基胞嘧啶诱导基因沉默，在生命发育过程和疾病发生过程中起重要作用。由TET蛋白修饰而产生的新碱基既是去甲基化过程的中间状态，也可能作为基因组的重要“标记物”，具备特定的生物学功能。这些“标记物”的异常，与众多恶性肿瘤的发生相关。值得注意的是，TET2蛋白丧失活性会导致血液肿瘤。 

　　基因组中5hmC稳定存在，且其含量远远高于5fC和5caC。但这一现象一直没有合理的生物学解释。该研究团队综合利用结构生物学，生物化学和计算生物学等研究方法，揭开了这一谜底。生化实验表明，TET蛋白对5mC具备很高活性(产生5hmC)，而对5hmC(产生5fC)和5fC(产生5caC)的活性很低。TET蛋白就如同连续的三个扶梯，在转化不同碱基的情况下，其转化速度明显不同(如图所示)。结构研究发现，5mC在TET蛋白催化口袋中的取向使得它很容易被催化活性中心俘获并被氧化为5hmC。5hmC和5fC由于已经有氧的存在，其在催化口袋中被限制住，不容易发生进一步的氧化反应，导致TET蛋白对这两种碱基活性降低。在这样的催化能力差异下，TET会很顺利将5mC产生5hmC，一旦5hmC产生，TET将不容易使其进一步氧化为5fC和5caC，导致细胞内5hmC相对稳定，并且其含量远远高于5fC和5caC。在特定的基因中区域，TET蛋白可能被特定的调控因子激活，会跨越能垒阻碍产生高活性的TET，连续氧化为5fC和5caC。这一发现解决了困扰表观遗传学领域的一个难题，也为揭示其他蛋白质逐步催化反应的分子机制提供了新思路和新方法。 

　　该项工作由复旦大学徐彦辉教授与中国科学院药物所罗成研究员合作完成，复旦大学的胡璐璐和程净东，上海药物所的卢俊彦博士是该项工作的主要完成人。该项目获得了科技部，基金委，重大专项和科学院干细胞先导专项的部分资助。 

全文链接：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature15713.html