甲基胞嘧啶双加氧酶

甲基胞嘧啶双加氧酶（英语：Methylcytosine dioxygenase，EC 1.14.11.n），是TET酶家族（Ten-eleven translocation enzymes）的别称，是一类依赖于α-酮戊二酸（α-KG）和二价铁离子（Fe²⁺）的双加氧酶。该酶家族能催化DNA表观遗传修饰中关键的主动去甲基化过程，即逐步将5-甲基胞嘧啶（5mC）氧化为5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）、5-甲酰基胞嘧啶（5fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC），后者可被胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）等通过碱基切除修复途径替换为未修饰的胞嘧啶。

在哺乳动物中，该家族包括三个成员：TET1、TET2和TET3。它们均包含一个保守的C端催化结构域，该结构域具有双链β-螺旋（DSBH）折叠，为结合α-酮戊二酸和Fe²⁺所必需。TET1和TET3还含有CXXC锌指结构域，用于结合未甲基化的CpG岛。

• 主动DNA去甲基化：催化5mC的逐步氧化，启动DNA去甲基化通路，在胚胎发育、细胞重编程和神经功能中起关键作用。
• 基因表达调控：通过调节启动子、增强子等区域的甲基化状态，影响基因转录。
• 维持基因组稳定性：异常5mC积累可能引发突变，TET介导的氧化有助于维持表观基因组稳定性。
• 细胞分化与发育：对胚胎干细胞多能性维持、造血系统分化（TET2突变常见于血液恶性肿瘤）及神经系统发育至关重要。

催化循环中，酶结合5mC底物、α-酮戊二酸和O₂。α-酮戊二酸发生氧化脱羧，生成琥珀酸和具有高度反应活性的Fe(IV)=O中间体，后者攻击5mC的甲基，依次引入羟基、醛基和羧基。

• 底物与辅因子：依赖α-酮戊二酸，受其类似物（如2-羟基戊二酸，2-HG）竞争性抑制。
• 变构调控：某些小分子（如维生素C，Vitamin C）可增强TET酶活性。
• 蛋白质相互作用：与胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）、组蛋白修饰酶等协同作用。
• 翻译后修饰：其活性受磷酸化、乙酰化等调控。

• 癌症：TET2失活突变是骨髓增生异常综合征（MDS）、急性髓系白血病（AML）等的常见驱动事件。TET1在某些白血病中可作为癌基因。
• 发育与神经疾病：TET功能异常与胚胎发育缺陷、雷特综合征（Rett syndrome）等神经发育障碍相关。
• 代谢与衰老：细胞内α-酮戊二酸/琥珀酸比例变化影响TET活性，与衰老和代谢疾病相关。

常用技术包括：质谱分析、亚硫酸氢盐测序（Bisulfite sequencing，可区分5mC与5hmC）、抗5hmC/5fC/5caC抗体的免疫沉淀/测序、体外酶活测定等。

• Tahiliani, M., et al. Conversion of 5-Methylcytosine to 5-Hydroxymethylcytosine in Mammalian DNA by MLL Partner TET1. Science, 2009, 324(5929): 930-935.
• Ito, S., et al. Role of Tet proteins in 5mC to 5hmC conversion, ES-cell self-renewal, and inner cell mass specification. Nature, 2010, 466(7310): 1129-1133.
• Iyer, L. M., et al. Evolutionary history and higher order classification of AAA+ ATPases. J. Struct. Biol., 2004, 146(1-2): 11-31.
• Kohli, R. M. & Zhang, Y. TET enzymes, TDG and the dynamics of DNA demethylation. Nature, 2013, 502(7472): 472-479.
• Loenarz, C. & Schofield, C. J. Physiological and biochemical aspects of hydroxylations and demethylations catalyzed by human 2-oxoglutarate oxygenases. Trends Biochem. Sci., 2011, 36(1): 7-18.
• Wu, H. & Zhang, Y. Mechanisms and functions of Tet protein-mediated 5-methylcytosine oxidation. Genes Dev., 2011, 25(23): 2436-2452.
• Pastor, W. A., et al. TETonic shift: biological roles of TET proteins in DNA demethylation and transcription. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2013, 14(6): 341-356.
• 何敏, 刘磊. TET蛋白与DNA去甲基化的研究进展. 生物化学与生物物理进展, 2014, 41(1): 34-42.
• 王潇, 李伟. TET家族蛋白在肿瘤发生中的作用. 中国生物化学与分子生物学报, 2018, 34(3): 241-248.