维生素C又一隐藏技能被发现
2019/6/12 7:30:00薛剑煌 中科院之声

     表观遗传的魔力

     自从DNA双螺旋结构被解析以及中心法则的提出，人们已经认识到DNA作为遗传物质的重要性。以人类为例，DNA序列决定了蛋白质的氨基酸序列，并最终导致不同生命个体之间的差异。那么问题来了， DNA序列完全一致的细胞是否就完全相同呢？

     答案自然是否定的。

    

     图片来源于网络

     我们每个人都是从受精卵发育而来，理论上身体的每一部分都共享着相同的DNA序列，但我们体内的细胞类型、组织和器官却大相径庭，而决定这种差异的最主要原因就在于它们拥有完全不同的“表观遗传”信息。

     DNA上存在的不同的化学修饰就是一种主要的“表观遗传”信息，这些DNA修饰就像流水线上的机械手，在特定时间指导细胞让不同的基因“打开”或“关闭”，并影响哺乳动物的胚胎发育、疾病的发生发展等进程。

     DNA修饰的种类虽少，但作用可不小

     既然DNA修饰如此神奇，那细胞内到底有多少种DNA修饰？与种类繁多的RNA修饰相比，在真核细胞内，DNA上的修饰种类屈指可数。

     随着近年来对表观遗传学的深入理解，科学家已经在真核生物中鉴定到了7种DNA修饰碱基。除了上个世纪就已经被发现的5mC，5hmU以及base J以外，近十年来又发现哺乳动物中的TET双加氧酶可以将5mC逐步氧化产生5hmC，5fC以及5caC，同时还在高等生物中鉴定到了6mA的广泛分布。

    

     真核生物中的DNA修饰

     虽然DNA修饰的种类不多，但功能可真不容小觑。由不同原因引起的5mC的氧化修饰失调会造成小鼠早期胚胎发育异常，例如智力低下、白血病等癌症发病率升高等不良后果。6mA也被发现在实体肿瘤中高度富集。

     因此，进一步研究DNA修饰的功能，探索是否还存在其它DNA修饰形式，也是科学界的研究热点之一。

     维生素C的功能，你可能不够了解

     近日，中科院分子细胞科学卓越创新中心/生化与细胞所徐国良院士联合复旦大学唐惠儒教授和中科院水生所黄开耀研究员等多个课题组在国际学术期刊Nature上发表最新研究成果，首次报道了一种由维生素C产生的DNA修饰，并阐释了其在调节莱茵衣藻光合作用中的功能。

    

     在这项工作中，研究人员在莱茵衣藻中发现一个独特的生物酶CMD1，它可以催化产生两种新的DNA修饰，它们互为立体异构体，并被统一命名为5gmC。更令人诧异的是，维生素C直接参与了这种修饰，并将其结构上的甘油基部分转移到DNA上。

    

     CMD1催化维生素C参与DNA修饰

     为了研究CMD1蛋白及其产生的5gmC修饰的功能，科学家通过基因敲除技术获得CMD1基因突变藻株，发现这种突变藻株对强光的适应能力明显减弱。其主要原因在于，衣藻内的DNA修饰发生改变后，包括光合作用相关基因在内的许多基因的表达谱受到影响，衣藻光合作用的调控过程变得紊乱，细胞过度吸收的光能无法被有效释放，导致有害电子堆积，对细胞造成巨大损伤。

    

     CMD1以及5gmC参与莱茵衣藻光合作用的反馈调节

     这是科学家在真核生物中鉴定到的第8种DNA修饰，同时解析了其参与的生理调控，为表观遗传学的研究打开了一扇新的大门。而日常被认为是抗氧化剂的维生素C在其中的意外“登场”,也让大家认识到它或许还有更多的隐藏“技能”。维生素C与基因的“结合”过程作为一类新的化学反应，也可能为生化大分子的合成提供新的研究思路。

     来源：中国科学院分子细胞科学卓越创新中心/中国科学院生物化学与细胞生物学研究所

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