胸苷酸合成酶（Thymidylate Synthase）是细胞增殖中的一个关键酶，因为它催化了DNA复制所必需的反应、 使用辅助底物N5,N10-亚甲基-5,6,7,8-四氢叶酸（CH2H4F）将2′-脱氧尿苷-5′-单磷酸（dUMP）还原甲基化，形成2′-脱氧胸腺素-5′-单磷酸（dTMP）。在整个细胞周期中，TS酶的活性和表达受到严格控制，特别是在翻译层面。TSase蛋白本身在翻译起始位点（TSS）和编码区与TSase mRNA结合，抑制信息的翻译处理。TSase还能与至少九个其他重要基因产品的mRNA结合，包括p53和c-myc的mRNA。因此，操纵TSase蛋白的水平可以对细胞生长产生一连串的影响。由于其在DNA前体合成和修复中的重要性，TS酶已被证明是许多化疗和抗生素药物的一个重要目标。dUMP的结构类似物（如氟嘧啶）和CH2H4F（如抗栓剂）是针对胸苷酸合成酶的成熟药物。