【学术快递】雷群英、朱冰分别在Mol Cell发表文章丨BioArt原创
BioArt按：11月10日晚，Mol Cell在线发表了两篇国内完成的文章，论文分别是来自复旦大学生物医学研究院雷群英组和中科院生物物理所朱冰研究组。雷群英教授自2006（1993年江西医学院本科，1999年苏州医学院硕士，2002年上海医科大学博士，之后到UCLA吴虹教授实验室做博后）年回复旦任职，初期与熊跃教授和管坤良教授协作发表了多篇有关非组蛋白乙酰化调控肿瘤的文章，这些论文基本上都发表在Cancer cell和Mol Cell上，基于这些漂亮的研究成果她先后获得“国家杰青”和“长江学者”特聘教授，2013年还获得“第十届中国青年女科学家奖”，2014年入选“科技创新领军人才（万人计划）”她还是973项目“代谢应激和肿瘤发生发展中蛋白质修饰动态调控及生理病理效应”的首席科学家。如今雷群英教授已经完全独立开展自己的工作，15年到现在至少有两篇NC和一篇MC，她是目前活跃在肿瘤代谢和蛋白质翻译后修饰领域的一颗新星。
做表观遗传学的想必都多少了解朱冰研究员，他1992年本科毕业于浙大，此后分别在中国水稻研究所和中科院上海植生所获得硕士（1995）和博士（1999）学位，也就是说她出国做博后以前做了近7年的植物生物学研究（BTW，浙大冯新华教授博后以前也是一直从事植物学方面的研究，在马里兰大学师从孔宪铎教授时期做出一系列出色的工作）。朱冰老师做过两轮博后，期初是在瑞士弗雷德里克-米歇尔研究所Jean-Pierre Jost实验室，这期间发表四篇论文（2PNAS,2NAR）都是与5甲基胞嘧啶糖基化酶相关的（16年过后，终于又回归DNA甲基化相关的研究了，和杨过等小龙女的时间差不多嘛，^_^），第二轮在Danny Reinberg实验室的博后经历决定了他此后大致的研究方向，也是他科研生涯非常重要的一段经历。2006年朱冰从Danny 实验室做完博后回到NIBS做PI，2011年晋升为高级研究员，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“国家杰青”，并很快也成为973项目“表观遗传信息建立与解读的分子基础”的首席科学家。事实上很多人知道朱冰老师应该是通过他在NIBS期间做出的一系列关于表观遗传修饰模式的建立和维持机制的研究所熟知的，这个期间他最具代表性的两篇Science工作使得他2012年拿到了“HHMI国际青年科学家奖”（当年国内有7人获得此奖，另外六人分别是颜宁、王晓晨、邵峰、张宏、唐淳和胡俊杰）。近年来，朱冰老师课题组开始关注DNA甲基化相关研究，相信刚刚发表的这篇MC是一个良好的开头，期待未来在这方面能有更多漂亮的工作。
朱冰研究员
雷群英教授这篇论文的主要合作者是上海交大医学院程金科教授，而且交大还是第一单位，不过雷群英是该文章的Lead Contact作者，至于作者怎么分配安排的这里且不用过多描述。这篇论文主要是讲精氨酸甲基化酶CARM1催化苹果酸脱氢酶MDH1甲基化从而抑制了谷氨酰胺的代谢并阻碍了胰腺癌的发生。以前雷群英组主要focus在代谢关键蛋白的乙酰化修饰上，这次转到甲基化了。了解一点肿瘤代谢的应该都知道，“谷氨酰胺代谢”是肿瘤细胞除了Warburg效应之外的另一种非常重要的能量代谢方式。迅速增殖的肿瘤细胞需要消耗谷氨酰胺（Gln）来提供生长和增殖所需的能量，从而维持细胞氧化还原稳态。胰腺胆管癌（PDAC）有时候被称为是“癌症之王”，其五年存活率低于5%，最近的研究发现Gln的摄入在胰腺癌中有很显著的增加，而且胰腺癌对Gln的缺乏非常敏感。但是对于PDAC是如何协调Gln代谢参与细胞氧化还原稳态的并不是清楚。
PDAV依赖于一条非典型的代谢调节通路，其中需要天冬氨酸转氨酶、苹果酸脱氢酶和苹果酸的的参与从而调控NADPH的产生（见上图）。这项研究中发现，精氨酸甲基转移酶PRMT4/CRAM1能甲基化苹果酸脱氢酶，使之不能够二聚化抑制其活性。敲低MDH1基因的表达会抑制线粒体的呼吸作用并能抑制Gln的代谢，从而使得PDAC细胞感受到氧化的stress从而抑制细胞的增殖。当然，这就很容易想到用甲基化位点突变的MDH1做rescue实验进一步验证精氨酸甲基化的重要性。那么MDH1的这个甲基化突变在PDAC临床样本中是否有出现呢？文章能发在MC上，如果没有好的临床相关性显然是不行的，那么很自然的这篇文章中通过检测20组临床PDAC样本发现，确实在胰腺癌中病人中MDH1 R248号位点精氨酸甲基化大部分情况下是降低的（见下图）。
当然啦，文中还做了很多其他的实验和分析，这里就不一一赘述了，比如鉴定甲基化位点、酶活分析、二聚化、过表达或敲低影响细胞增殖实验等等，很多也都是常规的研究手段，有兴趣的可下载原文阅读。文章思路清晰，实验证据充分，课题也有一定的新颖性（但是非组蛋白精氨酸甲基化这个领域已经有很多研究了），至于未来是都可以通过开发CARM1的抑制剂治疗相关肿瘤还有待后续的进一步研究和评估。
工作模型图
写完上面的研究介绍已经有点疲劳了，不过好在DNA甲基化这个领域笔者比较熟悉。首先，这个课题是做了很长一段时间，朱冰老师至少3年前就有讲这个工作，不过当时只是一些初步发现，并且伴随很多一时难以解释的现象，时间一过就是三年多，好在文章终于online了。这个文章主要是讲SALL4A是一个5hmC的结合蛋白，它可以通过招募TET到特定的位点将5hmC进一步氧化成5fC和5caC从而实现精细（fine-tune）的基因表达调控。
听起来好像很简单，似乎不需要花很多实验来完成这个课题，事实上不然。这篇文章最先通过SILAC结合DNA pull-down的方法鉴定到一些能特异结合5hmC的蛋白，其中一些结合蛋白此前已经有过报道（趁着TET的东风，前几年不少人都寻找5hmC的结合蛋白，一些工作发表在Cell和Mol Cell上），但是他们鉴定了一个此前没有报道的新的结合蛋白SALL1和SALL4。做干细胞的很多应该知道SALL1和SALL4A在小鼠胚胎发育中有很重要的作用，能与Nanog和OCT4虎作从而维持干细胞的自我更新和多能性，为了弄清楚这个蛋白在ESCs中的基因组上有什么分布，这下ChIP-seq派上用场了，实验结果表明SALL1和SALL4A主要富集在Enhancer区域，这一点通过对比enhancer区域标志性的marker H3K4me1和H3K27ac的修饰就一目了然。
只知道SALL1和SALL4A在enhancer区域的分布显然不能说明太多问题，前面已经讲了这两个蛋白是能结合5hmC的，那么问题来了，它们的分布是否依赖催化5hmC形成的酶TET蛋白呢？显然，实验结果表明，SALL4A在基因组的分布很大程度上依赖于TET蛋白（见下图）。
既然SALL1和SALL4A能结合5hmC，那么可能就会有人问它们在基因组上结合的区域5hmC是否也富集呢？一般来说，在这个时候大家肯定希望得到是的答案。然而实验结果恰恰和预期的相反，5hmC在SALL1和SALL4A富集的区域反而是最少的（下图A），如果敲除SALL4A，5hmC在enhancer区域的分布就会增加（下图B），这是为何？既然SALL1和SALL4A结合5hmC，但是结合你并不等于说你就要待在那而是要你消失。后来发现，原因是因为此时SALL1和SALL4A把TET给招募过来并进一步氧化5hmC成为5caC了，如果此时再把TDG敲低（阻止5caC进一步通过碱基切除修复途径被处理掉），那么就能很好的看到SALL4A与5caC分布的相关性了（下图F）。
前面做了很多机制和高通量数据分析并得出一些很好的结论，那么后面的内容就要讲生物学意义了。既然SALL4A结合5hmC，那么利用一个不结合5hmC的突变体显得十分重要，文章中当然也有这个突变体了。通过在SALL4A KO的ESC中从新表达WT的SALL4A和SALL4A-C420A突变体（丧失结合5hmC的能力），发现SALL4A-C420A突变体只能部分rescue TET1依赖的SALL4A在enhancer富集和与之对应的5hmC的分布，表明SALL4A在介导DNA氧化方面有一定的作用，但是突变体在全基因组的分布并没有十分明显的变化，这也说明SALL4A的5hmC结合能力在瞬时介导5hmC进一步氧化是所需的。后面进一步运用RNA-seq的方法做了一些转录组方面的分析，显然也需要在KO细胞中恢复表达WT和突变体SALL4A来研究，这一部分就不再赘述了。
总的来说，该项研究鉴定到了一个新的5hmC结合蛋白SALL4A，但是这种结合蛋白不同于结合5mC的MeCP2的角色，不是常规意义上的5hmC结合蛋白，但是它具有细胞特异性和基因组分布区域特异性。从功能方面讲，SALL4A蛋白结合5hmC能力对转录的调控有一定的影响，但是影响有限，具体的生物学意义显然还需要进一步figure out。
（说明：以上论文分析仅代表个人观点，如有不确切或者讹误的地方敬请读者朋友多多指教。雷群英组和朱冰课题组稍晚些时候应该都会有新闻通稿，届时请移步看看权威版本。）
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