修饰后复制遗传物质的酶对于保护和获取其中编码的信息至关重要。DNA甲基转移酶催化胞嘧啶的C5甲基化，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）来驱动哺乳动物的基因表达。5mC已被证明在2-酮戊二酸（2KG）存在下，利用10-11转位酶（TET）转化为5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）、5-甲酰胞嘧啶（5fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC）。随后，5fC和5caC都被胸腺嘧啶DNA糖苷酶（TDG）切除以进行修复，构成了DNA去甲基化的有趣机制。由于其独特的立体电子特性，5mC氧化中间产物（5mC_ox）与一系列染色质相关蛋白相互作用并调节基因表达。

图片来源：J. Am. Chem. Soc.

酶催化的条件重塑是蛋白质工程中一个艰巨的挑战。近期，美国匹兹堡大学Kabirul Islam组报道了一种独特的催化空间工程策略，以获得转位酶TET的催化效果。

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该研究表明，具有扩展活性位点的突变体对5mC多步骤C−H氧化活性显著增强，而拥挤的空腔导致其单步催化。

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随后，进一步鉴定了TET家族中一个进化上保守的残基，该残基具有显著的催化导向能力。这种激活突变体能够氧化染色体DNA中的5 mC，从而增强包括肿瘤抑制因子在内的基因表达。

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参考文献：Catalytic Space Engineering as a Strategy to Activate C−H Oxidation on 5‑Methylcytosine in Mammalian Genome

J. Am. Chem. Soc.

DOI: doi.org/10.1021/jacs.1c03815

原文作者：Sushma Sappa, Debasis Dey, Babu Sudhamalla, and Kabirul Islam*