張毅Cell子刊發表表觀遺傳學重要成果

　　幾年前湯姆森科技信息集團旗下《科學觀察》(Science Watch)評出的高影響力論文數量最多的研究人員中，哈佛大學醫學院的張毅(Yi Zhang)教授成為分子生物學和遺傳學領域高影響力論文的數量最多的前十位頂級科學家之一。其大量文章被Nature、Science和Cell等世界頂級生物科學雜志收錄，是表觀遺傳學DNA甲基化研究領域的權威專家。

　　近日張毅教授在新研究中證實，鈣蛋白酶(calpains)調控了TET蛋白家族的穩定性。研究論文“Regulation of TET Protein Stability by Calpains”發表在《細胞》(Cell)雜志旗下子刊《Cell Reports》上。

　　DNA甲基化是一種非常重要的表觀遺傳調控方式，在基因印跡、X染色體失活、轉座子與外源DNA的沉默及組織特異性基因的表達調控中發揮重要的作用。在哺乳動物的配子發生過程從受精到著床的早期胚胎發育階段，基因組DNA會發生大規模的主動去甲基化。但去甲基化的分子機制一直是表觀遺傳領域的謎題。

　　2009年，美國科學院院士Anjana Rao實驗室發現一種DNA雙氧化酶TET蛋白能夠將5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)氧化成5-羥甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine，5hmC)，并證實5hmC穩定存在于胚胎干細胞及浦肯野細胞中，這為DNA去甲基化的機制研究開拓了新思路。隨后張毅教授實驗室證實，TET蛋白還可進一步氧化5-hmC為5- 胞嘧啶甲酰(5-formylcytosine，5fC)和5-胞嘧啶羧基(5-carboxylcytosine,5caC)，并用質譜法在胚胎干細胞和多種小鼠組織中檢測到5fC和5caC的存在。

　　在哺乳動物中TET蛋白家族包括三個成員Tet1、Tet2和Tet 3。大量的研究證實，在轉錄水平上TET蛋白家族表達受到嚴密的調控。例如，在小鼠胚胎干細胞(mESCs)中Tet1和Tet2受到Oct4的正調控，而在mESC分化過程中，它們的mRNA水平顯著下降。相比之下，Tet3在細胞分化過程中則顯著上調。此外，近期還有研究報告稱發現在白血病和乳腺癌中 miR-22調控了Tet mRNA 。但目前對于TET蛋白在翻譯后水平上的調控機制仍知之甚少。

　　細胞主要通過四種蛋白質水解系統來介導蛋白質周轉(protein turnover)：蛋白酶體、溶酶體、caspase和caipain。Calpains是一種鈣激活中性半胱氨酸蛋白酶家族，在人類中已鑒別出14個成員。迄今為止，Calpain1和Calpain2是特征最明確的成員。已知的Calpain底物包括有一些結構蛋白，信號分子和轉錄因子。 Calpains異常調控與肌營養不良癥、糖尿病和阿爾茨海默氏癥等大量的人類疾病相關聯。此外，研究表明Calpains也參與了干細胞維持和分化。

　　在這篇文章中，張毅教授實驗室利用各種化學抑制劑作用于不同的蛋白質轉換信號通路，鑒別出Calpains作為主要的作用因子介導了TET蛋白周轉。他們利用一種確定的實驗方案促使mESC向著神經祖細胞(neural progenitor cell，NPCs)分化，證實在ESCs和NPCs中Calpain1和Calpain2負責介導了TET蛋白周轉。在小鼠ESCs 中，Calpain1特異地介導了Tet1和Tet2周轉，而在分化過程中Calpain2調控了Tet3的水平。

　　這些研究數據證實，TET蛋白家族受到了Calpains介導的蛋白質降解的影響。