本周推荐发表在Angew上的文章，题目是Site-Specific 5-Formyl Cytosine Mediated DNA-Histone Cross-Links:Synthesis and Polymerase Bypass by Human DNA Polymerase η，第一通讯作者是明尼苏达大学的Natalia Y. Tretyakova教授，该课题组主要研究DNA与蛋白质修饰试剂，以及阐明上述试剂致癌或抗癌活性的结构基础。

      DNA-蛋白交联（DPCs）指DNA与蛋白质之间形成的共价交联结构。DPCs往往是一种体积庞大的DNA损伤，对于DNA行使功能有较大抑制，并被证明与衰老、疾病发生等生理病理事件有明确的相关性。

      近期，研究人员发现DNA表观遗传学修饰也可能引发DPC的形成。DNA胞嘧啶中5位的甲酰基化（5fC）是DNA表观遗传学标记5mC在生物体内氧化的代谢产物，可认为是一种特殊的DNA表观遗传学标记。由于芳甲酰基活泼的反应活性，5fC可以与组蛋白中Lysine或Arginine中的氨基形成可逆的席夫碱偶联产物。目前，研究人员已在核小体水平上证明，5fC会与组蛋白的H2A、H2B、以及H4亚基形成DPCs，并影响染色质结构。

      研究人员推测，上述DNA蛋白交联会影响DNA复制以及其修复过程，进而发挥生物学调控作用。基于此，本篇工作旨在阐明位点特异性的组蛋白-5fC偶联产物对于跨损伤合成DNA聚合酶η催化DNA复制的影响。

      为得到位点特异性的偶联产物，研究人员选择向蛋白质中引入ε位氧代的Lysine类似物，oxy-Lys。上述类似物可以与5fC中的醛基发生特异性的oxime ligation反应，进而得到不可逆的共价交联产物。作者通过体外合成DNA单链和组蛋白H3亚基N端短肽序列，首先验证了oxime ligation反应在DNA-蛋白质交联过程中的可行性。随后，作者合成了K4被oxy-His取代的组蛋白H3亚基。至此，作者分别获得了位点特异性修饰的组蛋白H3亚基，以及含有5fC修饰的单链DNA。

      接下来，作者使用新发展出的oxime ligation的方法，制备位点特异性的DPC，并与传统的还原性氨基化法进行比较。作者将组蛋白H3亚基与DNA混合进行反应，并分别进行后续处理。结果表明，基于oxime ligation反应的交联产率高于还原性氨基化的产率。作者进一步对oxime ligation的反应条件进行了优化，最终实现了95%以上的反应产率。

      为证明本方法得到的DPC为位点特异性产物，作者进一步使用质谱对DPC产物进行结构鉴定。至此，作者证明，其基于oxime ligation反应的合成方法，可以在5fC与组蛋白H3亚基间实现高效、位点特异性的DPC。

      最后，为研究上述DPC对于DNA复制过程的影响，作者采用体外引物延伸（primer extension）实验进行探究。若DPC不影响DNA聚合酶η的DNA复制能力，则可观察到引物延伸得到的全长DNA单链；若聚合能力受到抑制，则仅能观察到原有的、未延长的引物条带。实验结果表明，5fC与组蛋白H3亚基间形成的DPC显著阻碍了DNA聚合酶η介导的DNA复制过程。若向体系内加入蛋白酶K，将H3亚基水解为oxy-Lys残基，则DNA聚合酶η可以很好的绕过DNA损伤，完成DNA复制过程。

      综上，本文使用oxime ligation反应，于体外合成了5fC与H3K4位点特异性的DNA-蛋白质交联产物，并证实上述DPC对于DNA复制的阻碍，以及生命体对于上述DNA损伤潜在的克服方法。

本文作者：TZS

责任编辑：Guo ZH

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202109418

文章引用：DOI：10.1002/anie.202109418