JACS：光激活选择调控--加速转录组重组研究

今天给大家带来一篇最近发表在 J.Am.Chem.Soc (IF=14.695) 上面的文章。文章的通讯作者是来自多特蒙德工业大学化学和化学生物学学院的Daniel Summerer教授。他主要的研究的领域是通过探针以及各种效应分子去探究表观遗传。图片来源于参考资料1

1.胞嘧啶（C）的甲基化修饰是一种重要的DNA表观修饰，TET（Ten-eleven-translocation）家族蛋白可催化5-甲基胞嘧啶（5mC）的氧化使其转变为5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）、5-甲酰胞嘧啶（5fC）、5-羧基胞嘧啶（5caC），三种核酸碱基中间体进而实现DNA的去甲基化（C）。其中这三种中间体也会与关键核蛋白发生特异性相互作用并影响核小体的稳定性和定位，进而重塑表观基因组和转录组。

• Tet on/off系统调控蛋白表达
• siRNA敲除表达该蛋白的基因
• 通过TET效应小分子实现调控

3.本文利用基因密码子拓展技术，通过基因修饰，在TET2上定点插入4,5-dimethoxy-2-nitrobenzyl-L-serine（图b，1），该非天然氨基酸是受光调控的。在没有光照时，caging group会阻碍TET蛋白与辅因子结合及催化的过程；当有光照时，caging group脱离，重新恢复此位置原来的氨基酸，TET活化。进而研究TET2突变体对体内催化的影响及其体内催化动力学。

当5mC氧化为5hmC时即可证明mTET2从非活性形式转变为活性形式：通过光照射与否培养，用抗HA和抗5hmC免疫共染色成像。三个不同位点突变的小鼠mTET2的细胞在只有光照后才显示有高的5hmC形成（图中绿色），证明了方法的可行性。

使用同样的方法在人hTETs(hTET1, hTET2和hTET3)活性位点插入1（活性位点参照上述鼠源mTET2_S1812），验证在其S1898插入1调控hTET2的效果最好。由于TET2是造血系统恶性肿瘤中最常见的突变基因之一，他们以此为工具通过对不同的关键位点突变，研究TET2催化动力学效率。如图b为hTET2_wt活性位点的晶体结构，图c为在予/不予光的情况下hTET2 的各种突变体（其中，S1898位点已经引入非天然氨基酸1）催化5mC形成5hmC的效率。（简单讲就是蛋白1812丝氨酸位点被这个能光学脱笼的非天然氨基酸取代，这个时候去突变一些1812旁边一些关键的位点，再进行光照，1812位点的那个非天然氨基酸光保护基团被脱掉，得到了1812位点本来的丝氨酸，这个时候就能研究突变之后对TET催化动力学的效率问题）。

在hTET2的S1898位点插入1光激活后测量TET2目标基因ARC的mRNA水平，发现hTET2触发了mRNA的表达上调（图a）并且呈现线性上调增长（图b）。然后进一步实现了时间分辨（图c,4h和8h）的监控靶基因激活和转录组重组，并观察TET2动态调节染色质基因以及mRNA转录进程。

本文所介绍的光介导的非天然氨基酸的策略使得TET2的选择性激活成为了可能，并能够在时空上的精确控制TET2的表达及其在体内研究其的催化动力学，为TET催化引发的相关事件的动力学研究奠定了基础。