在今日《科學(xué)》的論文中，André Nussenzweig研究團(tuán)隊(duì)以有絲***后的神經(jīng)元和巨噬細(xì)胞為研究體系，發(fā)現(xiàn)DNA主動(dòng)去甲基化對(duì)于增強(qiáng)子激活是必要的，并且解釋了神經(jīng)元和巨噬細(xì)胞增強(qiáng)子上DNA單鏈損傷的來源以及闡述其中的機(jī)制。

    據(jù)研究者介紹，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，5-甲基胞嘧啶（5mC）是***主要的DNA修飾，它對(duì)于發(fā)育和細(xì)胞分化有重要作用。5mC可被TET酶氧化為5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)、5-甲?；奏ぃ?fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC），引起DNA去甲基化。

    在DNA主動(dòng)去甲基化過程中，5fC和5caC被胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）切除產(chǎn)生無堿基位點(diǎn)，并后續(xù)產(chǎn)生DNA單鏈損傷。其能通過堿基切除修復(fù)（BER）途徑***終修復(fù)轉(zhuǎn)化為C堿基。

    根據(jù)過往研究數(shù)據(jù)，研究者推測(cè)單鏈DNA損傷可能與TET-TDG介導(dǎo)的5fC/5caC切除有關(guān)。利用細(xì)胞工程獲得的興奮性神經(jīng)元（iNeuron），研究者降低了細(xì)胞TDG水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)此行為可讓神經(jīng)元中可以積累大量的5fC/caC。

    隨后，研究者利用課題組開發(fā)的DNA單鏈損傷檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，降低TDG水平幾乎消除了DNA單鏈損傷。這也說明，神經(jīng)元中DNA單鏈損傷來源于TDG依賴的DNA主動(dòng)去甲基化。

▲研究示意圖（圖片來源：Active DNA demethylation damages DNA，DOI: 

    除了在神經(jīng)細(xì)胞增強(qiáng)子上觀察到重復(fù)出現(xiàn)的DNA損傷修復(fù)事件，研究者還使用了由前體B細(xì)胞轉(zhuǎn)分化來源的巨噬細(xì)胞作為測(cè)試對(duì)象。通過CRISPR/Cas9敲除TET2和TDG蛋白，研究者也在巨噬細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了主動(dòng)去甲基化引起的DNA單鏈損傷和修復(fù)過程。

    不過兩者也有著略微的區(qū)別，巨噬細(xì)胞偏好使用短補(bǔ)丁堿基切除修復(fù)（short-patch BER）以填補(bǔ)單核苷酸斷裂缺口，而神經(jīng)元會(huì)同時(shí)使用長補(bǔ)丁堿基切除修復(fù) （long-patch BER）和短補(bǔ)丁堿基切除修復(fù)。

    根據(jù)論文，TDG缺失不會(huì)影響巨噬細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞的分化，卻會(huì)在分化過程中讓數(shù)千種基因的表達(dá)發(fā)生變化。這對(duì)細(xì)胞的行為是有影響的，例如TDG缺失削弱了巨噬細(xì)胞吞噬細(xì)菌的能力。而TDG被敲除，會(huì)部分影響神經(jīng)元分化成熟相關(guān)基因的表達(dá)上調(diào)，包括神經(jīng)突觸前信號(hào)通路調(diào)控的相關(guān)基因。

    研究者指出，新研究發(fā)現(xiàn)的機(jī)制對(duì)于腫瘤治有一定啟示意義。在DNA 主動(dòng)去甲基化過程中，若使用抗腫瘤胞嘧啶類似物（Ara-C）中斷DNA修復(fù)會(huì)觸發(fā) TDG 依賴性DNA損傷應(yīng)答和神經(jīng)元死亡，這表明神經(jīng)元在正常分化和分化成熟后內(nèi)在的生理活動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致化療造成的神經(jīng)損傷。

    André Nussenzweig課題組博士后王東鵬，吳薇（兼共同通訊作者，現(xiàn)為中科院分子細(xì)胞科學(xué)***創(chuàng)新中心研究員）和研究科學(xué)家Elsa Callen為該論文的共同***作者。

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