徐国良研究组发现DNA糖苷酶UNG2参与Tet介导的DNA主动去甲基化

        2015年11月30日，国际学术期刊Journal of Biological Chemistry在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所徐国良研究组的最新研究成果：“Uracil-DNA Glycosylase UNG Promotes Tet-mediated DNA Demethylation”。

 

        哺乳动物基因组DNA中的5-甲基胞嘧啶（5mC）是一种重要的表观遗传修饰。启动子区域的高甲基化通常表现为基因表达的沉默。DNA的主动去甲基化机制一直是表观遗传领域的研究热点与难点。徐国良课题组于2011年阐明了细胞中由Tet-TDG介导的DNA氧化去甲基化机制，即5mC可以被Tet家族蛋白逐步氧化生成5-羟甲基胞嘧啶（5hmC），5-醛基胞嘧啶（5fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC）。5caC会被DNA糖苷酶TDG切除，并启动碱基切除修复途径完成DNA的主动去甲基化。但后续的研究表明，Tet-TDG介导的DNA主动去甲基化机制在某些生理过程中并不适用，例如在小鼠早期胚胎发育的过程中，TDG并不参与受精卵雌雄原核的DNA去甲基化，暗示存在其它的未知蛋白参与了这个过程。

 

        徐国良研究组利用双荧光素酶报告系统来寻找潜在的参与DNA主动去甲基化的相关因子。研究发现，除了TDG以外，另一个DNA糖苷酶UNG2也可以激活甲基化报告基因的表达，且激活能力依赖于其糖苷酶活性。进一步的研究表明，UNG2的确参与了报告基因启动子区域的主动去甲基化，这个过程可能是UNG2参与了Tet的高级氧化产物5caC的移除来完成的。相一致的是，过表达UNG2的HEK293T细胞中，基因组DNA和报告质粒上的5fC与5caC水平均明显降低。遗憾的是，UNG2并不具有G:5caC错配的切除能力，而可以检测到轻微的G:5caU错配的切除酶活，但UNG2是否以此来促进Tet介导的DNA主动去甲基化还未可知。而在小鼠受精卵中，UNG2的表达量较高。且在UNG2缺失之后，小鼠受精卵内雌雄原核的部分基因位点的主动去甲基化受阻，表明UNG2参与了这个时期的DNA去甲基化。

图示：UNG2促进甲基化报告基因的去甲基化。（A）过表达Tet2与UNG2之后，甲基化报告质粒启动子区域的甲基化水平降低；（B）过表达UNG2之后，氧化型报告质粒启动子区域的5fC与5caC水平降低。