中科院闡明DNA去甲基化酶識別堿基損傷分子機制

2002年有研究發現，大腸桿菌AlkB蛋白利用催化氧化去甲基化的反應機理對核酸堿基上的烷基化損傷進行修復，實現調控烷基化試劑對細菌的傷害。這一發現掀起了該領域的研究熱潮。后續研究陸續揭示了人同源蛋白ALKBH1-8，FTO與TET1-3共12個，在核酸的甲基化堿基損傷修復和表觀遺傳修飾中發揮關鍵作用。值得注意的是，ALKBH1-8中的若干個蛋白與腫瘤的發生與化療密切相關，肥胖相關的FTO基因可以影響到10億人的體重。十年中，圍繞著這些酶的生物學功能與結構研究一直是熱點。其中，對損傷堿基底物的分子識別機制的研究有利于深刻理解酶的作用方式，而有針對性地開展酶活性調控研究具有科學意義和實用價值。

zui近，中科院上海藥物研究所楊財廣課題組等在Nature Structural and Molecular Biology等期刊上發表研究論文，揭示核酸氧化酶識別甲基化堿基損傷的分子機制。

結合在過去數年中對該領域研究整體趨勢的把握和研究工作的積累，上海藥物所楊財廣課題組在揭示核酸去甲基化酶識別堿基損傷的分子機制研究中取得良好的進展。研究回答的關鍵科學問題之一是，為什么蛋白質整體折疊高度相似的ALKBH2和ALKBH3，對雙鏈和單鏈核酸底物具有高度的選擇特異性。楊財廣課題組通過基序互換分析技術和化學交聯方法，揭示驗證了蛋白質“發夾”結構域中三個關鍵氨基酸的組成直接決定了ALKBH3只能識別修復單鏈核酸底物中的堿基損傷，ALKBH2更加傾向于雙鏈DNA中的損傷修復。相關研究結果發表在化學生物

回答的關鍵科學問題之二是在眾多的正常核酸堿基中，雙鏈DNA修復“管家”蛋白ALKBH2如何“大海撈針”般地準確尋找、識別、定位、修復極其稀有的損傷堿基。課題組與美國芝加哥大學化學系開展合作研究，與何川課題組一起利用結構生物學和化學交聯的研究方法，構建了蛋白質結合正常堿基序列雙鏈DNA的復合物。通過若干復合物晶體結構的解析，發現了ALKBH2蛋白質利用“探針”氨基酸探測不穩定的堿基對，選擇性地實現堿基對打開和翻轉，并利用生物化學的方法驗證了結構中所發現的現象。Aaron Dinner課題組利用量子計算化學計算了堿基對打開所需要的能量變化與理論值吻合。綜合上述結構生物學、生物化學和計算化學的研究結果，提出了ALKBH2探測識別損傷堿基的過程模型。研究論文于2012年6月3日在線發表于Nature Structural and Molecular Biology。北京大學的伊成器博士為*作者，何川和楊財廣為通訊作者。