雷群英、朱冰分別在Mol Cell發表文章

BioArt按：11月10日晚，Mol Cell在線發表了兩篇國內完成的文章，論文分別是來自復旦大學生物醫學研究院雷群英組和中科院生物物理所朱冰研究組。雷群英教授自2006（1993年江西醫學院本科，1999年蘇州醫學院碩士，2002年上海醫科大學博士，之後到UCLA吳虹教授實驗室做博後）年回復旦任職，初期與熊躍教授和管坤良教授協作發表了多篇有關非組蛋白乙醯化調控腫瘤的文章，這些論文基本上都發表在Cancer cell和Mol Cell上，基於這些漂亮的研究成果她先後獲得「國家傑青」和「長江學者」特聘教授，2013年還獲得「第十屆中國青年女科學家獎」，2014年入選「科技創新領軍人才（萬人計劃）」她還是973項目「代謝應激和腫瘤發生髮展中蛋白質修飾動態調控及生理病理效應」的首席科學家。如今雷群英教授已經完全獨立開展自己的工作，15年到現在至少有兩篇NC和一篇MC，她是目前活躍在腫瘤代謝和蛋白質翻譯後修飾領域的一顆新星。

做表觀遺傳學的想必都多少了解朱冰研究員，他1992年本科畢業於浙大，此後分別在中國水稻研究所和中科院上海植生所獲得碩士（1995）和博士（1999）學位，也就是說她出國做博後以前做了近7年的植物生物學研究（BTW，浙大馮新華教授博後以前也是一直從事植物學方面的研究，在馬里蘭大學師從孔憲鐸教授時期做出一系列出色的工作）。朱冰老師做過兩輪博後，期初是在瑞士弗雷德里克-米歇爾研究所Jean-Pierre Jost實驗室，這期間發表四篇論文（2PNAS,2NAR）都是與5甲基胞嘧啶糖基化酶相關的（16年過後，終於又回歸DNA甲基化相關的研究了，和楊過等小龍女的時間差不多嘛，^_^），第二輪在Danny Reinberg實驗室的博後經歷決定了他此後大致的研究方向，也是他科研生涯非常重要的一段經歷。2006年朱冰從Danny 實驗室做完博後回到NIBS做PI，2011年晉陞為高級研究員，2014年move到中科院生物物理所至今，到生物物理所也很快拿到了「國家傑青」，並很快也成為973項目「表觀遺傳信息建立與解讀的分子基礎」的首席科學家。事實上很多人知道朱冰老師應該是通過他在NIBS期間做出的一系列關於表觀遺傳修飾模式的建立和維持機制的研究所熟知的，這個期間他最具代表性的兩篇Science工作使得他2012年拿到了「HHMI國際青年科學家獎」（當年國內有7人獲得此獎，另外六人分別是顏寧、王曉晨、邵峰、張宏、唐淳和胡俊傑）。近年來，朱冰老師課題組開始關注DNA甲基化相關研究，相信剛剛發表的這篇MC是一個良好的開頭，期待未來在這方面能有更多漂亮的工作。

朱冰研究員

雷群英教授這篇論文的主要合作者是上海交大醫學院程金科教授，而且交大還是第一單位，不過雷群英是該文章的Lead Contact作者，至於作者怎麼分配安排的這裡且不用過多描述。這篇論文主要是講精氨酸甲基化酶CARM1催化蘋果酸脫氫酶MDH1甲基化從而抑制了谷氨醯胺的代謝並阻礙了胰腺癌的發生。以前雷群英組主要focus在代謝關鍵蛋白的乙醯化修飾上，這次轉到甲基化了。了解一點腫瘤代謝的應該都知道，「谷氨醯胺代謝」是腫瘤細胞除了Warburg效應之外的另一種非常重要的能量代謝方式。迅速增殖的腫瘤細胞需要消耗谷氨醯胺（Gln）來提供生長和增殖所需的能量，從而維持細胞氧化還原穩態。胰腺膽管癌（PDAC）有時候被稱為是「癌症之王」，其五年存活率低於5%，最近的研究發現Gln的攝入在胰腺癌中有很顯著的增加，而且胰腺癌對Gln的缺乏非常敏感。但是對於PDAC是如何協調Gln代謝參與細胞氧化還原穩態的並不是清楚。

PDAV依賴於一條非典型的代謝調節通路，其中需要天冬氨酸轉氨酶、蘋果酸脫氫酶和蘋果酸的的參與從而調控NADPH的產生（見上圖）。這項研究中發現，精氨酸甲基轉移酶PRMT4/CRAM1能甲基化蘋果酸脫氫酶，使之不能夠二聚化抑制其活性。敲低MDH1基因的表達會抑制線粒體的呼吸作用並能抑制Gln的代謝，從而使得PDAC細胞感受到氧化的stress從而抑制細胞的增殖。當然，這就很容易想到用甲基化位點突變的MDH1做rescue實驗進一步驗證精氨酸甲基化的重要性。那麼MDH1的這個甲基化突變在PDAC臨床樣本中是否有出現呢？文章能發在MC上，如果沒有好的臨床相關性顯然是不行的，那麼很自然的這篇文章中通過檢測20組臨床PDAC樣本發現，確實在胰腺癌中病人中MDH1 R248號位點精氨酸甲基化大部分情況下是降低的（見下圖）。

當然啦，文中還做了很多其他的實驗和分析，這裡就不一一贅述了，比如鑒定甲基化位點、酶活分析、二聚化、過表達或敲低影響細胞增殖實驗等等，很多也都是常規的研究手段，有興趣的可下載原文閱讀。文章思路清晰，實驗證據充分，課題也有一定的新穎性（但是非組蛋白精氨酸甲基化這個領域已經有很多研究了），至於未來是都可以通過開發CARM1的抑制劑治療相關腫瘤還有待後續的進一步研究和評估。

工作模型圖

寫完上面的研究介紹已經有點疲勞了，不過好在DNA甲基化這個領域筆者比較熟悉。首先，這個課題是做了很長一段時間，朱冰老師至少3年前就有講這個工作，不過當時只是一些初步發現，並且伴隨很多一時難以解釋的現象，時間一過就是三年多，好在文章終於online了。這個文章主要是講SALL4A是一個5hmC的結合蛋白，它可以通過招募TET到特定的位點將5hmC進一步氧化成5fC和5caC從而實現精細（fine-tune）的基因表達調控。

聽起來好像很簡單，似乎不需要花很多實驗來完成這個課題，事實上不然。這篇文章最先通過SILAC結合DNA pull-down的方法鑒定到一些能特異結合5hmC的蛋白，其中一些結合蛋白此前已經有過報道（趁著TET的東風，前幾年不少人都尋找5hmC的結合蛋白，一些工作發表在Cell和Mol Cell上），但是他們鑒定了一個此前沒有報道的新的結合蛋白SALL1和SALL4。做幹細胞的很多應該知道SALL1和SALL4A在小鼠胚胎髮育中有很重要的作用，能與Nanog和OCT4虎作從而維持幹細胞的自我更新和多能性，為了弄清楚這個蛋白在ESCs中的基因組上有什麼分布，這下ChIP-seq派上用場了，實驗結果表明SALL1和SALL4A主要富集在Enhancer區域，這一點通過對比enhancer區域標誌性的marker H3K4me1和H3K27ac的修飾就一目了然。

只知道SALL1和SALL4A在enhancer區域的分布顯然不能說明太多問題，前面已經講了這兩個蛋白是能結合5hmC的，那麼問題來了，它們的分布是否依賴催化5hmC形成的酶TET蛋白呢？顯然，實驗結果表明，SALL4A在基因組的分布很大程度上依賴於TET蛋白（見下圖）。

既然SALL1和SALL4A能結合5hmC，那麼可能就會有人問它們在基因組上結合的區域5hmC是否也富集呢？一般來說，在這個時候大家肯定希望得到是的答案。然而實驗結果恰恰和預期的相反，5hmC在SALL1和SALL4A富集的區域反而是最少的（下圖A），如果敲除SALL4A，5hmC在enhancer區域的分布就會增加（下圖B），這是為何？既然SALL1和SALL4A結合5hmC，但是結合你並不等於說你就要待在那而是要你消失。後來發現，原因是因為此時SALL1和SALL4A把TET給招募過來並進一步氧化5hmC成為5caC了，如果此時再把TDG敲低（阻止5caC進一步通過鹼基切除修復途徑被處理掉），那麼就能很好的看到SALL4A與5caC分布的相關性了（下圖F）。

前面做了很多機制和高通量數據分析並得出一些很好的結論，那麼後面的內容就要講生物學意義了。既然SALL4A結合5hmC，那麼利用一個不結合5hmC的突變體顯得十分重要，文章中當然也有這個突變體了。通過在SALL4AKO的ESC中從新表達WT的SALL4A和SALL4A-C420A突變體（喪失結合5hmC的能力），發現SALL4A-C420A突變體只能部分rescue TET1依賴的SALL4A在enhancer富集和與之對應的5hmC的分布，表明SALL4A在介導DNA氧化方面有一定的作用，但是突變體在全基因組的分布並沒有十分明顯的變化，這也說明SALL4A的5hmC結合能力在瞬時介導5hmC進一步氧化是所需的。後面進一步運用RNA-seq的方法做了一些轉錄組方面的分析，顯然也需要在KO細胞中恢復表達WT和突變體SALL4A來研究，這一部分就不再贅述了。

總的來說，該項研究鑒定到了一個新的5hmC結合蛋白SALL4A，但是這種結合蛋白不同於結合5mC的MeCP2的角色，不是常規意義上的5hmC結合蛋白，但是它具有細胞特異性和基因組分布區域特異性。從功能方面講，SALL4A蛋白結合5hmC能力對轉錄的調控有一定的影響，但是影響有限，具體的生物學意義顯然還需要進一步figure out。

（說明：以上論文分析僅代表個人觀點，如有不確切或者訛誤的地方敬請讀者朋友多多指教。雷群英組和朱冰課題組稍晚些時候應該都會有新聞通稿，屆時請移步看看權威版本。）

TAG:BioArt |

※清華大學朱宏偉等受邀在Chem Soc Rev、Phys Today、Appl Phys Rev發表石墨烯綜述文章
※中心Guy M.Genin教授在《Nature Materials》上發表評述文章
※角川書社將與Klab合作新手游：《Project Parallel》正式發表
※清華戚益軍Plant Cell發表miRNA成果
※我校沙漠治理學院師生共同完成的科研論文 發表在《Land Degradation＆Development》上
※西工大副教授在Advanced Materials發表鋰硫電池研究新進展
※李素羅、柳熙烈、尹道賢出席《Begin Again》製作發表會
※文本直送科技新聞：五萬美金的極致靜電系統，HiFiMAN 在台發表超旗艦 Shangrila
※納米空間分辨表徵技術成果發表在Nature Nanotechnology
※浙江大學林展教授課題組在Energy Environ.Sci.合作發表論文
※As One、Miss$成員Kang Min Hee、Melly將發表夏季單曲《夏天，別走》
※The Black Skirts、金俊秀將於20日發表合作曲《Cake Love》
※我國學者在《Annals of Oncology》發表高分SCI文章，展示非小細胞肺癌的精準治療方案
※吳強盛教授在Nature子刊《Scientific Reports》上相繼發表3篇文章
※Annals of Internal Medicine發表我國學者牽頭制訂的國際指南報告標準
※三強聯手再進化 豪雅發表Connected Modular 45 腕錶
※PC解謎新遊戲《紙牌落在哪（Where Cards Fall）》發表 今年秋登陸Steam
※《Physical Review Letters》發表聲學研究所劉曉峻教授課題組最新研究成果
※visvim 發表最新論文重點分析日本傳統 Yanai-Jima 紡織歷史