Angew Chem：利用光线开启和关闭DNA的功能
DNA是地球上生命的基础。DNA的功能是储存有机体发育、发挥功能和繁殖所需的所有遗传信息。它基本上是每个细胞中都有的生物说明书。如今，在一项新的研究中，来自德国明斯特大学的研究人员开发出一种借助光来控制DNA生物功能的策略。这使得科学家们能够更好地理解和控制细胞中发生的过程，比如表观遗传，即DNA中的关键化学变化和调节事件。相关研究结果发表在2021年1月4日的Angewandte Chemie期刊上，论文标题为“Engineered SAM Synthetases for Enzymatic Generation of AdoMet Analogs with Photocaging Groups and Reversible DNA Modification in Cascade Reactions”。论文通讯作者为明斯特大学生物化学研究所的Andrea Rentmeister教授。
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细胞的功能依赖于酶。酶是在细胞中进行化学反应的蛋白。它们帮助合成代谢产物，复制DNA分子，为细胞的活动提供能量，改变DNA的表观遗传，分解某些分子。Rentmeister及其团队使用了一种所谓的酶级联反应来更好地理解和追踪这些功能。这种涉及不同酶的连续反应步骤序列，使得将所谓的光敏笼形基团（photocaging group）---可以通过光照射移除的化学基团---转移到DNA上成为可能。此前的研究表明，只有小的残基（较小的修饰，如甲基基团）可以选择性地转移到DNA、RNA或蛋白上。
论文共同第一作者、明斯特大学生物化学研究所博士生Nils Klöcker解释说，“由于我们的研究工作，如今可以转移更大的残基或进行更大的修饰，如刚才提到的光敏笼形基团。”与同样在明斯特大学生物化学研究所从事研究工作的结构生物学家Daniel Kümmel教授合作，他们还可以在分子水平上解释活性变化的基础。
利用所谓的蛋白质工程，这些研究人员对这种酶级联反应中的一种酶进行了设计，使得通过光照来开启和关闭DNA功能成为可能。在蛋白设计的帮助下，可以扩大酶---这项研究中以甲硫氨酸腺苷转移酶（methionine adenosyltransferase, MAT）为例---的底物谱。在他们的研究工作中，这些研究人员对两种MAT进行了研究。所进行的修饰为开发其他具有扩大底物谱的MAT提供了起点。Rentmeister说，“将这些MAT与其他酶结合在一起在未来的细胞应用中具有潜力。这是产生作为表观遗传学研究中其他酶的原位生成的非天然底物的重要一步。”
参考资料：
1.Freideriki Michailidou et al. Engineered SAM Synthetases for Enzymatic Generation of AdoMet Analogs with Photocaging Groups and Reversible DNA Modification in Cascade Reactions. Angewandte Chemie, 2020, doi:10.1002/anie.202012623.
2.Switching DNA functions on and off with light
https://phys.org/news/2020-12-dna-functions.html