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TET蛋白与胞嘧啶修饰

TET家族酶催化5-甲基胞嘧啶转化为多种修饰后的胞嘧啶

Tet蛋白最初是通过参与髓系白血病中发现的,其中位于第10染色体的TET1基因可以与11号染色体上的H3K4组蛋白甲基转移酶MLL基因一起易位。Tet酶是α-酮戊二酸和铁(II)依赖性双加氧酶的Tet/J结合蛋白(JBP)家族的成员,与在锥虫和利什曼原虫等动质体中发现的JBP1和JBP2蛋白密切相关。在哺乳动物中,Tet/JBP家族由创始成员TET1以及TET2和TET3组成。这三个基因编码的蛋白质共有一个双链b-螺旋折叠和催化结构域内的富含半胱氨酸的区域。虽然TET1和TET3含有一个N端的CXXC DNA结合域,但TET2似乎在进化过程中失去了它。有趣的是,TET2 CXXC作为一个单独的基因存在,也称为IDAX或CXXC4,它编码Wnt信号传导的抑制剂。这表明Wnt途径和Tet蛋白之间存在联系。由于JBP1和JBP2的胸腺嘧啶羟化酶活性与动质体中产生碱基J(b-D-葡萄糖基羟甲基尿嘧啶)有关,一些实验室研究了TET1可能催化5-MC转化为5-HMC的可能性。此外,由于过度表达wt TET1而不是突变体对应物在转染细胞中发现减少甲基化,Anjana Rao的小组认为Tets可能增强DNA去甲基化,并且5-HMC可能是未修饰的胞嘧啶途径的中间产物[11]。这种“甲基胞嘧啶羟化酶”活性被张毅的实验室扩展到TET2和Tet3,该实验室还发现Tet1敲除损害了mESC的自我更新和维持。在真菌如粗糙脉孢菌(Neurospora Crassa)和黑曲霉(Aspergillus Nidulans)中,胸腺嘧啶7-羟化酶催化胸腺嘧啶顺序转化为5-羟甲基尿嘧啶(5-HMU),5-甲酰尿嘧啶(5-FU)和5-羧基尿嘧啶(5-CAU)。这鼓励研究人员寻找进一步氧化形式的甲基胞嘧啶。在一篇开创性的论文中,Ito等人。证明了所有三种TET都可以反复氧化5-羟甲基胞嘧啶(5-FC)和5-羧胞嘧啶(5-CAC),并且这些‘加合物’在生理上存在于包括mESCs在内的几种组织中。He等人进一步证实了TETs介导的5-CAC合成。WHO还发现了胸腺嘧啶DNA糖基化酶(TDG)以从DNA中去除5-CAC。这表明TET和碱基切除修复(BER)机制可能一起工作,以积极地去除DNA甲基化。

Tet蛋白与胞嘧啶修饰

TET蛋白和胞嘧啶修饰:在不同的细胞中有不同的水平

虽然5-甲基胞嘧啶在基因组DNA中的比例似乎是恒定的(占总胞嘧啶的3-4%),但5-羟甲基胞嘧啶在不同组织之间的差异更大。大脑和脊髓似乎特别富含5-HMC(分别为&0.80%和&0.45%)。其他器官如睾丸、脾脏和胸腺只有很少的5-HMC(<0.10%)。ESCs和器官如肾脏、心脏和肺显示出这种表观遗传修饰的中间水平。细胞培养显示出非常少量的5-HMC,与5-MC不同,这种标记在正常乳腺组织培养时逐渐减少。值得注意的是,5-FC和5-CAC,虽然比5-HMC少得多,但在mESCs中都可以检测到,并且5-FC也存在于脑,脾脏,肝脏和胰腺组织中。不同细胞/器官的TET表达也不同:虽然TET2和TET3在各种组织中都有表达,但只有ESCs似乎富含TET1[18,23]。令人惊讶的是,TET2和TET3表达谱通常相似,表明这些酶协同作用。另一点值得强调的是Tet表达和5-HMC丰度之间缺乏相关性,这是一个值得未来研究的事实。与对培养细胞的观察一致,5-HMC水平在几个肉瘤中显著降低,特别是在肺、乳腺、结肠、肝脏、大脑和前列腺。这些减少可能至少部分地反映了通常在各种癌症中发现的全球低甲基化表型[24-26]。线粒体DNA也富含羟甲基胞嘧啶和甲基胞嘧啶,虽然在Tet蛋白中没有发现线粒体靶向序列,但线粒体提取物的西部印迹显示存在Tet1和TET2[27-29]。因此,似乎在哺乳动物中,氧化的5-甲基胞嘧啶衍生物根据细胞类型存在于不同的水平,并且至少在某些细胞中,它们可能具有重要的功能。