2020年7月23日，《自然》杂志正式发表北京生物结构前沿研究中心李海涛课题组和耶鲁大学萧琢（Andrew Z. Xiao）实验室题为“N6-methyladenine in DNA antagonizes SATB1 in early development”（DNA N6-甲基腺嘌呤（6mA）在早期发育过程中拮抗SATB1）的合作文章。该论文发现DNA 6mA修饰可以拮抗基因组组织蛋白SATB1在SIDD（压力诱导的DNA双螺旋失稳）区结合，从而调控染色质结构并影响早期胚胎发育。
图1 DNA 6mA修饰拮抗SATB1调节早期发育
6mA修饰是近年来在哺乳动物基因组中鉴定出的新型DNA甲基化修饰，被称为基因组第九碱基，但其丰度、分布和产生方式等在领域内仍存争议，亟需深入细致的机制性研究突破。
2016年，耶鲁大学干细胞中心的萧琢教授首次在Alkbh1缺陷型小鼠胚胎干细胞中鉴定出DNA 6mA的存在，并发现其对转座元件如LINE-1的表观沉默功能（Wu et al，Nature 2016）。2018年，萧琢实验室与加利福尼亚大学圣迭戈分校（UCSD）的Jeremy Rich实验室合作发现人类神经胶质瘤干细胞基因组中有着丰富的6mA修饰，参与癌症的发展，因此靶向ALKBH1有望成为治疗神经胶质瘤新策略 （Xie et al，Cell 2018）。李海涛课题组与萧琢实验室自2015年就开始了6mA修饰相关的合作研究。历经数年积累，今年年初在我国自己主办的高影响力学术杂志《细胞研究》（Zhang et al，Cell Res 2020）发表合作论文，通过系统的生化和复合物结构解析，发现ALKBH1偏好催化“鼓泡”状态的DNA 6mA修饰，首次揭示哺乳动物基因组6mA酶促消除的分子基础。
基因组容易发生局部开链的“鼓泡”区域正是AT富集的SIDD区域。该区域富含核基质附着区（matrix attachment regions，MARs) DNA基序（motif），可通过介导基因组与核基质的相互作用，参与染色质高维结构组织，对转录、复制等过程有着重要调控作用。在这一过程中，围绕6mA修饰的识别与催化事件发挥什么作用？其在早期胚胎发育过程中有何功能？《自然》发表的本项工作即围绕这些科学问题展开。
图2 基因组6mA的动态调节及其SIDD分布
图3 基因组6mA拮抗SATB1结合
图4 6mA调控小鼠早期胚胎发育
为进一步研究6mA在胚胎发育中的功能，研究者构建了ALKBH1缺失的小鼠。虽然ALKBH1缺失的杂合小鼠可以出生，但是纯和小鼠却不能。ALKBH1缺失会增加胎盘组织6mA修饰水平并抑制TSC向TGC的分化，显著减少TGC形成（图4a，4b）。同时，SATB1的敲除也有与ALKBH1缺失相似的表型，该表型可以被野生型SATB1回补，同时更能被容忍6mA修饰的SATB1改造突变体有效回补（图4c），说明6mA主要通过拮抗SATB1结合发挥功能。
总的来说，该研究发现6mA通过拮抗SATB1在发育的早期调节染色质结构，为研究表观遗传修饰调控染色质结构和基因表达提供了新的思路，具有重要意义。
清华大学李海涛教授与耶鲁大学萧琢教授为文章共同通讯作者，李海涛教授实验室已毕业学生赵帅博士为文章的共同第一作者，李海涛教授实验室张敏博士参与了本项工作。本项目得到了国家自然科学基金委员会，科技部重大研究计划，北京结构生物学高精尖创新中心，北京生物结构前沿研究中心，以及清华-北大生命科学联合中心的支持。
