DNA甲基转移酶和TET酶

DNA甲基转移酶（DNMT）将甲基标记写入胞嘧啶，而TET（ten-eleven translocation）酶通过氧化5-甲基胞嘧啶启动其去除。它们共同构成了DNA甲基化的写入和擦除机制：DNMT3酶从头建立新的模式，DNMT1通过复制维持这些模式，而TET酶提供了一条主动去甲基化的途径。

Definition

DNA甲基转移酶是将甲基转移到胞嘧啶上以建立或维持DNA甲基化的酶，而TET酶是双加氧酶，将5-甲基胞嘧啶氧化为5-羟甲基胞嘧啶及其他产物，从而启动主动DNA去甲基化。

Scope

本条目涵盖了DNMT家族（从头与维持作用）和TET家族（5-甲基胞嘧啶向去甲基化的氧化），以及它们相互对立的活动如何设定和重置DNA甲基化模式。它属于参考教育性质，不提供治疗剂量或个体化建议。

Core questions

• 从头甲基转移酶和维持甲基转移酶在功能上有何不同？
• DNA复制后甲基化模式如何复制？
• TET酶如何启动胞嘧啶甲基化的去除？
• 什么是5-羟甲基胞嘧啶，它为何重要？

Key concepts

• DNMT1（维持性甲基转移酶）
• DNMT3A和DNMT3B（从头甲基转移酶）
• 半甲基化DNA识别
• TET1/TET2/TET3双加氧酶
• 5-羟甲基胞嘧啶
• 主动去甲基化与被动去甲基化

Mechanisms

DNMT3A和DNMT3B在发育过程中建立新的（从头）甲基化模式，将甲基从S-腺苷甲硫氨酸转移到先前未甲基化的胞嘧啶上；这些酶的缺失与正常的哺乳动物发育不相容。DNMT1作为维持酶，优先识别复制产生的半甲基化CpG位点并恢复对称甲基化，从而将模式复制到子细胞。TET酶（TET1、TET2、TET3）将5-甲基胞嘧啶氧化为5-羟甲基胞嘧啶并进一步氧化为其他氧化碱基；这些碱基可以通过碱基切除修复被移除并替换为未修饰的胞嘧啶，从而提供主动去甲基化途径，而复制过程中未能维持甲基化则会导致被动去甲基化。相互对立的写入和擦除活动共同使DNA甲基化成为一个动态的、可重置的标记。

Clinical relevance

DNMT和TET基因在血液系统恶性肿瘤和其他恶性肿瘤中反复发生改变，并被研究作为药物靶点，它们的活性塑造了表观基因组研究中解释的甲基化组。本条目描述了它们的分子作用作为参考资料，并非个体诊断或治疗的依据。

Evidence & guidelines

DNMT从头和维持分工由Okano及其同事确立，TET酶的去甲基化功能由Tahiliani及其同事对5-羟甲基胞嘧啶产生的鉴定所揭示，并由Ito及其同事证实。Bird以及Smith和Meissner的综述将这些酶整合到更广泛的甲基化循环中；TET驱动的去甲基化在特定背景下的机制细节仍在不断完善。

History

维持性甲基转移酶的概念早在酶的分子鉴定之前就已存在；20世纪90年代DNMT1以及随后的DNMT3从头酶的克隆定义了写入机制。甲基化如何被主动擦除的长期难题从2009年开始得到解决，当时TET1被证明可以将5-甲基胞嘧啶氧化为5-羟甲基胞嘧啶，揭示了一种酶促去甲基化途径和基因组中一种新的修饰碱基。

Key figures

• En Li
• Masaki Okano
• Anjana Rao
• Mamta Tahiliani
• Yi Zhang

Seminal works

• okano-1999
• tahiliani-2009
• ito-2010

Frequently asked questions

从头甲基转移酶和维持甲基转移酶有什么区别？

从头酶（DNMT3A和DNMT3B）将甲基添加到先前未甲基化的胞嘧啶上以建立新模式，而维持酶（DNMT1）在DNA复制后将现有甲基化复制到新链上。

TET酶如何去除DNA甲基化？

TET酶将5-甲基胞嘧啶氧化为5-羟甲基胞嘧啶和进一步氧化的形式；这些可以被修复回未修饰的胞嘧啶，从而提供主动去甲基化途径，或者如果在复制过程中未能维持，甲基化可能会被动丢失。