中國科學院生態環境研究中心環境化學與生態毒理學國家重點實驗室汪海林研究組在維生素C(Vc)與DNA甲基化調控的研究上取得重要進展。他們發現 Vc可顯著增強DNA羥化酶Tet(ten eleven translocation)氧化5-甲基胞嘧啶的活性，進而促進DNA去甲基化作用。其相關研究成果以全文形式發表在國際化學期刊《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc.2013, 315:10396-403)上。
DNA甲基化是哺乳動物體內一種主要的表觀遺傳修飾形式，在X染色體失活、基因組印記、動物胚胎發育、基因表達調控等生物過程中具有重要功能。最近研究表明，Tet酶可直接氧化5-甲基胞嘧啶(5mC)生成一種新的堿基5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)。該堿基可進一步被Tet酶氧化，形成可被細胞切除的5-甲醛基胞嘧啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC)。這些DNA新堿基具有去甲基化作用，可能影響動物克隆、細胞核重新編程和胚胎發育，同時也與癌癥發生密切相關。但是，目前人們對這些新DNA堿基調控的理解仍然非常有限。
Vc是一種人體必需的營養物質，除了人們熟知的抗壞血病功能之外，還可作為多種雙加氧酶的輔助因子。因此，汪海林研究組設想Vc也有可能是Tet蛋白(屬雙加氧酶家族成員)的一種新輔助因子。為此，他們首先利用超高效液相色譜-串聯質譜發展了高靈敏的5mC氧化產物分析方法。在此基礎上，他們研究了 Vc對Tet酶催化的5mC氧化反應及相互作用。體外實驗顯示Vc可顯著增強Tet1和Tet2酶催化氧化5-甲基胞嘧啶的能力。其中，主動DNA去甲基化相關的產物(5fC和5caC)增加量超過一個數量級。熒光光譜及還原劑比對分析揭示這種增強效應與Vc和Tet間的相互作用直接相關。將Tet2轉入人293T細胞中，可以觀察到同樣效應。對于Tet1和Tet2基因敲除的小鼠胚胎干細胞，不再觀察到這種效應。進一步的研究發現，通過這種Tet酶依賴的5mC氧化增強效應，維生素C可顯著刺激小鼠胚胎干細胞的去甲基化過程，形成低甲基化的胚胎干細胞，類似于胚泡中內細胞團。利用缺乏合成維生素C基因的小鼠模型，發現維生素C可調控腦等多種組織中的DNA羥甲基化與甲基化水平。利用基因本體分析和5hmC富集測序分析，發現維生素C引起小鼠胚胎干細胞內 545個基因的5hmC水平顯著升高。這些5hmC富集的基因與細胞分化、各種組織發育(包括腦、肌肉、心臟、血液、上皮等)、磷酸化、蛋白質合成和復合體組裝、行為、轉運、細胞周期和信號傳導等功能密切相關。
該研究第一次建立了Vc、Tet 和DNA甲基化調控之間的直接聯系，證明了維生素C可以調控哺乳動物的DNA修飾，并可解釋維生素C促進誘導全能干細胞(iPSC)轉化的作用機制。
中科院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所徐國良研究組、中科院北京基因組研究所楊運桂研究組等參與了這項多學科交叉的研究工作。這項工作獲得了環境化學與生態毒理學國家重點實驗室、國家“973”計劃、國家杰出青年基金等的大力支持。
維生素C增強Tet依賴性的5mC氧化反應