徐國良院士在《Nature》發表文章闡明TET家族蛋白在胚胎髮育中的重要作用
北京時間10月20號凌晨，《Nature》雜誌在線發表了來自中科院上海生化細胞所徐國良院士課題組的最新成果，該篇文章系統的研究了DNA去甲基化酶TET家族蛋白在小鼠胚胎髮育過程中的重要作用，值得一提的是該篇文章中首次分析了TET家族蛋白3敲後小鼠不同發育時期的表型和機理，發現了TET介導的5mC氧化調控了Lefty–Nodal 信號通路。這些發現揭示了一個基礎的表觀遺傳機理，表明動態的DNA甲基化和去甲基化過程在早期胚胎髮育過程中對於調控一些關鍵的信號通路是非常重要的。
DNA dioxidase（雙加氧酶）Tet家族蛋白自2009年發現以來，一直是表觀遺傳學領域最熱門的明星蛋白。徐國良組2011年的Nature文章研究了Tet3在植入前胚胎髮育中的功能，報道了Tet3敲除的表型，發現其有圍產期致死（neonatal lethality）的表型。而其它研究組關於Tet1和Tet2的研究發現，Tet1和Tet2敲除純合鼠可正常存活和繁育後代，其生長及各器官形態結構未見異常；老年Tet2敲除小鼠表現增多的髓系造血幹細胞，暗示了其突變在血液病中的作用。
徐國良課題組2011年發表的《Nature》文章截圖
儘管有上述一些TET敲除小鼠模型，但是目前尚未有報道TET家族三個蛋白同時敲除後對小鼠早期胚胎髮育影響的報道。剛剛在線的這一篇Nature文章，則進一步研究了胚胎植入後Tet蛋白的功能，揭示了Tet1、Tet2、Tet3在小鼠早期胚胎髮育中三敲除致死的機制。
由於單個Tet基因敲除在原腸胚形成階段沒有表型缺陷，他們認為這是功能冗餘造成的。因此他們做了條件誘導的Tet TKO小鼠。通過三敲除Tet的催化結構域的小鼠，他們發現其胚胎髮育缺陷表型和Nodal信號通路過度激活的表型類似。而在Tet突變背景下引入Nodal突變，可以部分恢復原腸胚形成的缺陷表型。而通過RNA-seq，他們發現Nodal信號通路的失調，是其競爭抑制蛋白Lefty的調控。有意思的是，Lefty基因的表達減少受DNA甲基化上升的調節，這種升高的DNA甲基化，是Tet去甲基化酶功能失活造成的。有意思的是，Lefty基因的表達減少受DNA甲基化上升的調節，這種升高的DNA甲基化，是Tet去甲基化酶功能失活造成的。通過在Tet缺陷遺傳背景下引入兩個DNA 從頭(De novo)甲基化酶DNMT3a或者3b的突變，他們證明這可以恢復Lefty–Nodal信號通路以及原腸胚形成缺陷表型。最後，通過Tet1/2突變背景下的Tet3催化域單位點突變，他們證明Lefty基因的確是受DNA甲基化調節的，而不是Tet3和其它蛋白的相互作用調控的。
Lefty-Nodal信號通路簡介：Nodal蛋白是「轉化生長因子-β」（TGF-β）家族的成員之一，近年來發現其在調控胚胎幹細胞多潛能性、誘導中胚層和內胚層的發育、身體發育前後體軸位置和腫瘤發生過程中具有重要調控功能。Nodal通過激活下游SMAD家族蛋白磷酸化後上調應答基因的表達，這些基因中包括Lefty，而Lefty的主要功能是拮抗Nodal，這樣就形成了一種負反饋調節。
總之，這是一篇重量級的有關TET參與早期胚胎髮育調控研究的扛鼎之作，明確的闡明了TET家族蛋白在早期胚胎髮育中的重要功能，這項工作勢必會引起國內外同行的廣泛關注。
TET3敲後影響小鼠原腸胚的形成
RNA原位雜交實驗表明Nodal和Lefty在敲除胚胎中的表達的變化
甲基化測序結果顯示Lefty1基因的啟動子和Lefty2基因的增強子區域在TET三敲的細胞中甲基化程度升高
在TET3敲的細胞中如果再引入敲除起始性DNA甲基化酶DNMT3A或者DNMT3B會一定程度上回復了Lefty和Nodal基因的表達情況
作用模型
徐國良院士簡介
徐國良院士1965年出身於浙江諸暨的一個普通農民家庭，16歲考入杭州大學（現併入浙江大學）生物系，本科畢業後考入中科院遺傳所讀碩士， 1989年至1993年在德國馬普分子遺傳學研究所獲博士學位，博士畢業後繼續留在原單位做了一年多的博後，隨後又在新加坡國立大學做過短暫的一年左右的課題組組長，從1995年起到2001年在哥倫比亞大學T.H. Bestor（最早克隆DNA甲基轉移酶DNMT1）實驗室做博後，此後回國一直在中科院上海生化細胞所任研究員，2002年入選中科院「百人計劃」並獲得「國家傑出青年科學基金」資助，曾於2001年至2006年間擔任中國科學院-馬普學會青年科學家小組組長，曾擔任科技部973專項首席科學家，2014年獲得「陳嘉庚生命科學獎」，2015年當選為中國科學院院士。其主要研究方向為表現遺傳調控及其與癌症等重大疾病的關係，近年主要從事動物發育（包括胚胎與成體幹細胞分化）過程中DNA甲基化及組蛋白修飾在基因表達調控中的作用及其分子機理的研究。近年來，徐國良研究員發表了多篇高水平學術論文，歸國15年來，在國內取得了比國外更好更有價值的研究成果。自2000年以來，他作為通訊作者在Nature（2011）、Science（2011, 2001）、Nature Genetics（2013）、Cell Stem Cell（2014a , 2014b , 2013)、 Cell（2012, 2005）、PNAS（2009）等期刊上發表了一系列重要研究成果。
徐國良老師博後期間的代表性工作是發現了DNMT1基因的突變導致了染色體的不穩定性和免疫缺陷症，這一工作發表在1999年的《Nature》上；2005年與當時還在北卡教堂山分校的張毅教授合作在《Cell》報道了人源組蛋白甲基轉移酶DOT1L引起的H3K79甲基化水平的升高從而激活癌基因的表達導致白血病的發生；2009年在《PNAS》上報道了組蛋白H3的N端是起始性DNA甲基化發生所必須的；2011年與中科院生化細胞所李勁松研究員合作在《Cell》上報道了母源的TET3雙加氧酶負責調控父源基因組DNA的去甲基化，從而進一步激活OCT4和Nanog等乾性因子的表達；2011年在《Science》上報道，TET雙加氧酶能夠進一步將5mC氧化成5caC， 並發現糖苷酶TDG能夠特異性地識別並切除DNA中的5caC， 進而啟動鹼基切除修復途徑完成DNA去甲基化，從而提出了TET介導的氧化5caC的作用與鹼基切除修復途徑協同作用介導DNA主動去甲基化的機制，值得一提的是同一期《Science》 上也發表來自張毅教授課題組的類似工作，即TET可以進一步將5mC氧化成5fC和5caC，2011年的兩項傑出的工作奠定了徐國良研究員課題組在DNA去甲基化領域的學術地位，受到了國內外同行的廣泛好評，此後該課題組的研究方向基本上都是圍繞TET蛋白展開的；2012年與李勁松研究員課題組合作在《Cell》報道了他們首次建立孤雄囊胚的單倍體胚胎幹細胞；2013年與中科院廣州健康所裴端卿研究員合作在《Nature Genetics》報道維生素C能通過調控TET1的功能影響體細胞的重編程；2013年與Yanhong Shi和Chunming Ding合作在《Cell Stem Cell》報道TET1在調控小鼠海馬和記憶認知中的作用；2014年在《Cell Stem Cell》連續發表2篇文章，其中一項研究報道了TET和TDG介導的DNA去甲基化功能在體細胞重編程過程中對MET轉換調控作用，另一項工作與北大湯富酬教授和李勁松研究員合作通過測序全基因組測序方法分析了哺乳動物受精卵中雌原核和雄原核的主動和被動去甲基化過程；2015年在《Nucleic Acid Research》上報道了Gadd45a通過調節TDG進而促進DNA去甲基化；2016年在《Nature》上系統分析了TET家族蛋白在小鼠胚胎髮育過程中的功能……
（致謝：感謝賈小方博士在該文撰寫過程中提供的部分文字內容！）
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