——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國(guó)科學(xué)院辦院方針
語(yǔ)音播報(bào)
中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所徐國(guó)良院士與復(fù)旦大學(xué)教授唐惠儒和中科院武漢水生生物研究所研究員黃開(kāi)耀等多個(gè)課題組合作,首次在萊茵衣藻這種單細(xì)胞真核生物中鑒定到一種新型的TET同源蛋白,并發(fā)現(xiàn)該蛋白可以將維生素C的碳基骨架轉(zhuǎn)移到DNA上,產(chǎn)生一種全新的DNA修飾。5月2日,相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然》。
據(jù)介紹,這項(xiàng)研究詳細(xì)闡述了維生素C直接參與該DNA修飾的反應(yīng)機(jī)理,并揭示這一蛋白及其產(chǎn)生的DNA修飾在調(diào)節(jié)萊茵衣藻光合作用過(guò)程中的重要作用。
在這項(xiàng)最新工作中,研究人員以萊茵衣藻作為模式生物,鑒定出8個(gè)TET同源蛋白。通過(guò)蛋白純化以及酶活分析,發(fā)現(xiàn)其中的CrTET1可以將DNA上的5mC轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞N不同的修飾堿基,CrTET1也因此被重新命名為CMD1 (5-methylcytosine modification enzyme 1)。進(jìn)一步研究表明,這兩種新修飾都是在5mC的甲基碳上增加了一個(gè)甘油基,二者由于空間結(jié)構(gòu)的差異而互為立體異構(gòu)體,因此將其統(tǒng)一命名為5-甘油基-甲基胞嘧啶(5gmC)。這也是除了目前已知的5mC、5hmC、5fC、5caC、6mA、5hmU和base J以外,在真核生物中發(fā)現(xiàn)的第8種DNA堿基修飾。
更加意外的是,在研究5gmC上甘油基的來(lái)源時(shí),研究人員發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)雙加氧酶反應(yīng)中所必需的α-酮戊二酸在CMD1酶催化反應(yīng)中可有可無(wú),取而代之的是另一個(gè)十分重要的小分子:維生素C。維生素C不僅通過(guò)提供電子參與CMD1的催化過(guò)程,還直接將自身的甘油基團(tuán)轉(zhuǎn)移到5mC的甲基碳上,形成新的DNA修飾。進(jìn)一步解析了CMD1催化5mC與維生素C反應(yīng)的化學(xué)機(jī)理,證實(shí)乙醛酸與二氧化碳為反應(yīng)的副產(chǎn)物,從而揭示了一條全新的酶催化途徑。通過(guò)在萊茵衣藻中開(kāi)發(fā)高效的基因編輯方法,獲得了CMD1基因突變?cè)逯?。CMD1突變?cè)逯暝趶?qiáng)光照射下的適應(yīng)能力明顯減弱,這可能是由于CMD1突變?cè)斐梢徊糠只虻募谆缴?,使得包括與適應(yīng)強(qiáng)光有直接關(guān)系的LHCSR3在內(nèi)的多個(gè)基因的表達(dá)受到抑制,導(dǎo)致光合作用的負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用減弱。
專(zhuān)家表示,這項(xiàng)工作不僅首次報(bào)道了一種全新的DNA修飾5gmC,同時(shí)報(bào)道了由維生素C介導(dǎo)的一種全新的酶活反應(yīng)類(lèi)型,闡述了CMD1及其催化產(chǎn)物5gmC在光合作用過(guò)程中的重要調(diào)控功能。這些研究豐富了人們對(duì)DNA修飾多樣性的認(rèn)識(shí)。
相關(guān)論文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1160-0
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