1月4日，Nature Structural & Molecular Biology在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）杜雅蕊/徐國良團(tuán)隊的研究成果：“Auto-suppression of Tet dioxygenases protects the mouse oocyte genome from oxidative demethylation”。該研究揭示Tet雙加氧酶催化活性中心的一個低復(fù)雜度結(jié)構(gòu)域（Low complexity domain，LCD）介導(dǎo)該家族蛋白的酶活負(fù)調(diào)控，闡述了LCD保護(hù)卵母細(xì)胞甲基化組免受過度氧化的重要作用，顯示DNA甲基化譜式的正常建立對于哺乳動物發(fā)育至關(guān)重要。

　　以5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine, 5mC）為主的DNA甲基化是表觀遺傳調(diào)控的重要方式，在調(diào)控基因表達(dá)、建立基因印記、維持X染色體失活和轉(zhuǎn)座子沉默等生理過程中發(fā)揮重要作用。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferases, DNMTs）和Tet雙加氧酶（Tet dioxygenases）共同調(diào)控DNA甲基化譜式的形成。Tet雙加氧酶介導(dǎo)的DNA氧化去甲基化的發(fā)現(xiàn)是近年來染色質(zhì)與細(xì)胞命運研究領(lǐng)域的一大突破。然而，迄今為止對于Tet蛋白的研究主要局限于基因敲除實驗。人們對Tet雙加氧酶對5mC的時空和基因組位點特異性氧化的機(jī)制還缺乏了解。

　　在該項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)LCD缺失的Tet3突變體的酶活顯著增強(qiáng)。不同于以往對于Tet蛋白的研究局限于功能喪失的方法，研究人員利用獨到的基于孤雄單倍體干細(xì)胞技術(shù)的基因編輯策略，構(gòu)建了酶活增強(qiáng)的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)卵子發(fā)生過程中Tet3的酶活受到精密調(diào)控：在野生型小鼠中，Tet3從卵母細(xì)胞時期就開始高表達(dá)，但其功能在卵子發(fā)生過程中受到抑制，受精之后才開始發(fā)揮其氧化去甲基化的功能;而卵母細(xì)胞中LCD的缺失解除了Tet3的酶活自抑制，使小鼠卵母細(xì)胞基因組5mC發(fā)生過度氧化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Tet3 LCD突變蛋白傾向作用于原本高度甲基化的ERVK元件和母本印跡基因，且5mC高級氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生伴隨著H3K9me3水平的降低，從而解除了對ERVK等逆轉(zhuǎn)座元件的雙重抑制，影響了ERVK附近卵子發(fā)生相關(guān)基因的表達(dá)，最終導(dǎo)致卵母細(xì)胞及后續(xù)胚胎發(fā)育受損。該研究揭示了位于蛋白催化活性中心的低復(fù)雜度結(jié)構(gòu)域LCD對Tet酶活的調(diào)控方式和生物學(xué)意義，拓寬了人們對Tet酶活時空特異性調(diào)控的理解。

　　分子細(xì)胞卓越中心博士研究生張曉潔、韓斌斌、邵震宇、中國科學(xué)院動物研究所博士研究生燕蕊以及分子細(xì)胞卓越中心高級實驗師高娟為該論文共同第一作者。分子細(xì)胞卓越中心杜雅蕊研究員、徐國良研究員為該論文共同通訊作者。中國科學(xué)院動物研究所郭帆研究員、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心汪海林研究員、英國奧斯特大學(xué)的Colum P. Walsh教授以及分子細(xì)胞卓越中心李勁松研究員和吳立剛研究員對該工作給予了大力支持。該項工作得到了中國科學(xué)院、基金委、科技部等項目的資助以及分子細(xì)胞卓越中心動物實驗技術(shù)平臺和細(xì)胞分析技術(shù)平臺的幫助與支持。

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41594-023-01125-1

Tet3 LCD作用機(jī)制的工作模型