于建才,王 偉,趙 娜(綜述),趙德超(審校)

(1.哈爾病醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)八科，哈爾濱 150001； 2.承德醫(yī)學(xué)院研究生院，河北 承德 067000)

DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾，在胚胎發(fā)育、造血系統(tǒng)及腫瘤等相關(guān)疾病發(fā)生過程中起重要作用[1]。高等動物體內(nèi)DNA甲基化主要是指DNA甲基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的在CpG二核苷酸胞嘧啶第5位碳原子上加入甲基基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)?-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5mC)的修飾過程[2]，并且這個動態(tài)過程可以逆轉(zhuǎn)[3]。TET(ten eleven translocation)1是一種5mC羥基化酶，能啟動DNA去甲基化程序，調(diào)控胚胎干細(xì)胞的發(fā)育，并與腫瘤、精神、血液系統(tǒng)等疾病發(fā)病密切相關(guān)。

1 TET1的基本特征

TET家族是重新調(diào)控已經(jīng)分化細(xì)胞的一種重要功能蛋白，在DNA去甲基過程和干細(xì)胞編程、抑制腫瘤細(xì)胞增殖等方面起關(guān)鍵作用[4]。人類TET蛋白家族共有3名成員：TET1，TET2和TET3，其中TET1發(fā)現(xiàn)最早，由Tahiliani等[5]在研究1例存在t(10,11)(q22，q23)異位的白血病患者中作為融合蛋白發(fā)現(xiàn)的。TET1是一種具有Cys-Xaa-Xaa-Cys(CXXC)氨基酸序列結(jié)構(gòu)域并能催化5mC的羥化酶[6]。它的N端擁有1個經(jīng)典的CXXC型鋅指結(jié)構(gòu)?？拷麮端為一個催化中心，該催化中心含有3個Fe2+和1個α-酮戊二酸結(jié)合位點，具有5mC羥化酶的活性。另外，催化中心前還含有一段富含半胱氨酸的區(qū)域[7]。TET1是一種CpG-DNA結(jié)合蛋白，能夠啟動DNA去甲基化程序[1]。典型的TET1-CXXC結(jié)構(gòu)域能通過特定的大溝結(jié)構(gòu)來結(jié)合CpG-DNA序列，它往往構(gòu)成短縮的雙鏈β螺旋結(jié)構(gòu)[8](大約縮短2 Ao距離)，以創(chuàng)造足夠的空間來允許5mC或5羥甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine，5hmC)的綁定[4]。TET1-CXXC結(jié)構(gòu)域能夠同時識別并結(jié)合未被修飾、5mC修飾和5hmC修飾的CpG-DNA[9]。

2 TET1啟動DNA去甲基化過程

高等生物中DNA甲基化主要是由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的在胞嘧啶的第5位碳原子上加入甲基基團(tuán)生成5mC的過程，這一過程被認(rèn)為是基因沉默表達(dá)修飾[2]。TET1是一個活躍的5mC羥化酶，具備在體內(nèi)、體外羥化5mC為5hmC的活性，從而啟動DNA去甲基化過程，使DNA甲基化介導(dǎo)的基因沉默重新激活[1]。5hmC僅是5mC去甲基化過程中一個必備的中間體[9]，5hmC的下一步轉(zhuǎn)化可能涉及兩個方面。一方面5hmC可在誘導(dǎo)活化脫氨酶(activation-induced deaminase，AID)催化下生成5羥甲基尿嘧啶(5-hydroxymethyluracil，5hmU)，5hmU再被胸腺嘧啶-DNA糖基化酶(thymine-DNA glycosylase，TDG)識別并切除[10]，再通過堿基切除修復(fù)(base excision repair,BER)途徑最終將該位點轉(zhuǎn)化為胞嘧啶，從而實現(xiàn)DNA去甲基化[11]。另一方面，TET1蛋白本身還具有將5hmC進(jìn)一步催化為5-甲酰胞嘧啶和5-羧基胞嘧啶的能力[12]，生成的5-羧基胞嘧啶也可被TDG識別并切除[13]，在BER機(jī)制下實現(xiàn)該位點胞嘧啶的形成[7,14]。綜上,在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶、TET1、AID、TDG及BER機(jī)制等的參與下，可以將DNA同一位點的3種堿基：胞嘧啶、5mC、5hmC實現(xiàn)動態(tài)的平衡，被認(rèn)為是DNA可逆性甲基化的一個可能機(jī)制。

3 TET1對胚胎干細(xì)胞的調(diào)控

TET1主要結(jié)合于胚胎干細(xì)胞基因組富含CpG啟動子的轉(zhuǎn)錄起始位點，調(diào)控CpG富集區(qū)啟動子的DNA甲基化水平，促進(jìn)胚胎干細(xì)胞多能性因子的轉(zhuǎn)錄，以及參與多梳蛋白PcG(polycomb group)靶向的發(fā)育因子的抑制[15]。TET1采用雙管齊下的方式保持胚胎干細(xì)胞的自我更新能力和多能性潛力。一方面，對分化基因保持“沉默”；另一方面也可對多能性基因保持“激活”[1]。TET1對分化基因轉(zhuǎn)錄保持“沉默”作用與核心蛋白復(fù)合體2(polycomb repressive complex 2,PRC2)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控密切相關(guān)。因為TET1靶基因很多也是PRC2的調(diào)控對象，提示TET1蛋白對靶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制是通過招募PRC2到其靶基因的啟動子區(qū)而實現(xiàn)表達(dá)抑制效應(yīng)的[6]。在富集CpG區(qū)，DNA甲基化會阻礙招募Eed/Ezh2/Suz12(PRC2亞基的核心)結(jié)合到染色質(zhì)的特定啟動子區(qū)[15]。而TET1猶如一把“鑰匙”，優(yōu)先結(jié)合于CpG富集區(qū)啟動子(這與TET1-CXXC結(jié)構(gòu)優(yōu)先結(jié)合CpG序列有關(guān)[16])，作用在PRC2靶點上游[17]，對抗DNA甲基化，維持特定區(qū)域低甲基化水平，解除甲基化對PRC2的阻礙作用，為PRC2的結(jié)合打開“大門”。PRC2的結(jié)合會對組蛋白H3K27進(jìn)行甲基化，實現(xiàn)分化基因的沉默作用[4]。通常H3K27甲基化(H3K27me3)被看作是細(xì)胞具有多能性潛能的標(biāo)志之一[18]。另外，TET1還可以通過介導(dǎo)共抑制復(fù)合物Sin3A的招募，來確保這部分基因CpG高度甲基化狀態(tài)，從而切斷分化基因轉(zhuǎn)錄途徑[19-20]。

4 TET1與臨床疾病的關(guān)系

4.1TET1與腎癌 TET1抑制腎癌786-O細(xì)胞無限增殖并調(diào)控細(xì)胞周期，這種作用與suz12(suppressor of zeste 12)蛋白表達(dá)的下調(diào)有關(guān)[21]。Suz12蛋白屬于多梳蛋白PcG(polycomb group)家族成員，是PRC2甲基化轉(zhuǎn)移酶活性不可或缺的亞基，在多種腫瘤(如乳腺癌和肝癌等)組織中都有表達(dá)[22]。Martín-Pérez等[23]研究發(fā)現(xiàn)，suz12蛋白參與細(xì)胞周期及細(xì)胞增殖的調(diào)控，在套細(xì)胞淋巴瘤中下調(diào)suz12蛋白的表達(dá)可抑制套細(xì)胞增殖，并將細(xì)胞阻滯于G1期，因此干預(yù)suz12蛋白可調(diào)控腫瘤細(xì)胞的分裂周期。謝素紅等[21]通過應(yīng)用小干擾RNA沉默腎癌786-O細(xì)胞中TET1基因表達(dá)，帶來786-O細(xì)胞中suz12蛋白的表達(dá)水平明顯下降，使腎癌786-O細(xì)胞克隆形成能力減弱，將細(xì)胞阻滯于G0/G1期，使釋放進(jìn)入S期的細(xì)胞數(shù)目相對減少，從而抑制786-O細(xì)胞的增殖過程。下調(diào)TET1蛋白表達(dá)水平能夠抑制腎癌786-O細(xì)胞的生長并影響細(xì)胞周期，使細(xì)胞的增殖能力明顯減弱，這對于腎癌的治療具有潛在的價值。

4.2TET1與前列腺癌、乳腺癌 前列腺癌、乳腺癌組織中DNA去甲基化的程度與腫瘤的進(jìn)展密切相關(guān)[24]。TET1在前列腺癌和乳腺癌組織中表達(dá)下調(diào)，并且在異種移植模型中，發(fā)現(xiàn)TET1的消耗能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和生長，誘使癌轉(zhuǎn)移；加強(qiáng)TET1的表達(dá)則能降低細(xì)胞侵襲及異種移植瘤的形成[25]。TET1通過抑制金屬蛋白酶家族蛋白2和3的基因甲基化，維持基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子的表達(dá)來抑制癌細(xì)胞的侵襲[26]。因此可以從TET1對關(guān)鍵基因甲基化的抑制作用出發(fā)，研究阻止腫瘤發(fā)展的新機(jī)制。

4.3TET1與白血病 最初TET1是在白血病患者染色體中作為融合蛋白被發(fā)現(xiàn)，因此推測TET1與白血病發(fā)生相關(guān)[15]。例如發(fā)現(xiàn)部分急性髓系白血病患者含有囊括TET1 C端(含2-OG-Fe2+氧化酶結(jié)構(gòu)域)與混合譜系白血病(mixed lineage leukemia，MLL)N端(含CXXC結(jié)構(gòu)域)的MLL-TET1融合基因[27]，提示TET1與白血病的發(fā)病有關(guān)。

4.4TET1與精神疾病 TET1與精神疾病(如精神分裂癥、自閉癥等)密切相關(guān)。在精神疾病患者基因中，存在頂葉皮質(zhì)TET1表達(dá)上調(diào)，促使大腦谷氨酸脫羧酶67啟動子區(qū)5hmC水平升高，誘導(dǎo)活化AID/載脂蛋白B 信使RNA編輯酶表達(dá)，下調(diào)并削弱5hmU堿基切除修復(fù)途徑，可能在某些精神疾病的病理生理機(jī)制中發(fā)揮作用[28]。

5 結(jié) 語

TET1蛋白的發(fā)現(xiàn)及研究，拓展了人們對于DNA可逆性甲基化及在胚胎干細(xì)胞調(diào)控、腫瘤疾病防治等方面的認(rèn)識。目前，國內(nèi)對于TET1的研究也很多，如Gao等[29]關(guān)于Tet1在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞過程中的作用、中科院證實維生素C可以使表觀遺傳修飾酶TET1功能改變[30]等。從TET1研究入手，尋求針對相關(guān)疾病的發(fā)生機(jī)制與診療防治新靶向具有潛在價值。

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