TET(ten-eleven translocation)蛋白是生物体内存在的一种α-酮戊二酸(α-KG)和Fe2+依赖的双加氧酶,是DNA去甲基化过程中的一种重要的酶,对于维持干细胞的多能性有重要作用。多年来,科学家了解到,TET蛋白家族有肿瘤抑制因子的作用,但是,它们是如何抑制失控的癌细胞增殖,仍不确定。现在,美国La Jolla过敏与免疫学研究所的研究人员证明,TET蛋白共同构成了一大类肿瘤抑制因子,并且是维持基因组不稳定性所必需的。
传统表观遗传学观点受到挑战。
该研究结果发表在最新出版的《Nature Communications》,发现缺乏TET2和TET3的小鼠,可迅速发展出一种积极形式的骨髓性白血病。本文资深作者、美国科学院院士、该研究所信号转导和基因表达部门的Anjana Rao教授指出:“我们通过给小鼠注射可敏锐删除其基因的化学物质,去除了TET2和TET3,之后在一个星期内我们看到了癌症的迹象,在四周时间内看到一个全面传染性的癌症。这证明,TET功能缺失直接导致了恶性肿瘤。”
Rao及其研究小组早期的研究表明,Tet2的编码基因,在恶性髓系白血病患者中是突变的,甚至如果没有Tet2基因突变,许多人类髓系肿瘤表现出低的TET功能。这项研究的共同作者、Rao实验室以前的博士后研究人员Myunggon Ko指出:“对于许多其他类型的癌症,同样如此。因此,我们的数据表明,TET功能,不仅对于防止髓系肿瘤,而且对于防止其他类型的癌症,都是极其重要的。”Myunggon Ko目前是韩国蔚山科技研究所的助理教授。
TET酶家族成可员帮助改写表观基因组——位于基因组上的化学修饰的调控层,并有助于决定基因活性,而不改变DNA字母。具体来说,TET酶可将一种修饰形式的胞嘧啶(DNA的四个碱基之一)——称为5-甲基胞嘧啶(5mC),转化成5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)和其他形式的氧化甲基胞嘧啶。5mC的这些氧化形式,都会促进DNA的去甲基化,而且对于它们自身权益来说也是很重要的。
Ko说:“我们的研究结果表明,TET功能的丧失,可通过调节谱系特异性基因的表达,促使偏移的造血干细胞有利于形成髓系细胞多于其他血细胞类型。令人惊讶的是,虽然胞嘧啶甲基化一直被认为可抑制基因的活性,但是DNA甲基化和基因表达之间无明显的相关性。它们被独立控制,我们可能要改变之前对于‘DNA甲基化和基因表达之间的关系’的看法。一种可能性是,诱发因素是失去了氧化的甲基胞嘧啶,而不是DNA甲基化本身的变化。”
去除TET三个家族成员的其中一个(Tet1、Tet2和Tet3)——虽然不足以在模型系统中诱导成熟的白血病,但是会导致产生所有血细胞的干细胞的扩增。这个过程在TET功能损伤加剧的干细胞中更加恶化,例如,这项研究中在缺乏Tet2和Tet3的小鼠中所观察到的结果。自我更新能力增强,细胞优先分化为属于髓系的细胞,如巨噬细胞和中性粒细胞。
研究人员还观察到,DNA损伤修复作用受到了严重损害,这表明TET蛋白对维持基因组稳定性有重要作用。Ko指出:“基因组不稳定,是大多数癌症的一个定义特征,是有缺陷的DNA损伤修复的一个直接结果。我们还不知道,TET功能丧失是如何造成了DNA损伤修复作用受损。”