DNA甲基化的相关知识

1. DNA甲基化简介

2. 原理

3. 酶分类

4. DNA甲基化类型

5.机制

6. 十大DNA甲基化研究核心问题

6.1 植物中的甲基化

6.2 植物中DNA甲基化的主要功能

6.3 DNA甲基化作为生物标志物的潜力

6.4 DNA甲基化检测方法

1. DNA甲基化简介

DNA甲基化（DNA methylation）为DNA化学修饰的一种形式，能够在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表现。所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5号碳位共价键结合一个甲基基团。大量研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。

2. 原理

DNA甲基化是最早被发现、也是研究最深入的表观遗传调控机制之一。广义上的DNA甲基化是指DNA序列上特定的碱基在DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的催化作用下，以S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）作为甲基供体，通过共价键结合的方式获得一个甲基基团的化学修饰过程。这种DNA甲基化修饰可以发生在胞嘧啶的C-5位、腺嘌呤的N-6位及鸟嘌呤的G-7位等位点。

一般研究中所涉及的DNA甲基化主要是指发生在CpG二核苷酸中胞嘧啶上第5位碳原子的甲基化过程，其产物称为5-甲基胞嘧啶（5-mC），是植物、动物等真核生物DNA甲基化的主要形式，也是发现的哺乳动物DNA甲基化的唯一形式。DNA甲基化作为一种相对稳定的修饰状态，在DNA甲基转移酶的作用下，可随DNA的复制过程遗传给新生的子代DNA，是一种重要的表观遗传机制。

3. 酶分类

基因组中DNA的甲基化模式是通过DNA甲基转移酶实现的。DNA甲基化酶分为2类，即维持DNA甲基化转移酶（Dnmtl或维持甲基化酶）和从头甲基化酶。根据序列的同源性和功能，真核生物DNA甲基化转移酶又分为4类：Dnmtl/METl、Dnmt2、CMTs和Dn-mt3。DnmtliiMETl类酶参与CG序列甲基化的维持。

CMTs类酶仅发现在植物中，主要特征是它的催化区T和Ⅳ包埋染色体的主区，并且特异性地维持CG序列的甲基化。

Dnmt:3类酶在小鼠、人类和斑马鱼中得到鉴定．

Dnmt3a和Dnmt3b在未分化的胚胎干细胞中高度表达，但在体细胞中表达水平很低。它们的主要作用是从头甲基化，但对维持甲基化也起到一定的作用，并且负责重复序列的甲基化。

4. DNA甲基化类型

DNA甲基化反应分为2种类型：

（1）一种是2条链均未甲基化的DNA被甲基化，称为从头甲基化（denovo methylation）；

（2）另一种是双链DNA的其中一条链已存在甲基化，另一条未甲基化的链被甲基化，这种类型称为保留甲基化（maintenance methylation）。

5.机制

DNA甲基化（methylation）是真核细胞正常而普遍的修饰方式，也是哺乳动物基因表达调控的主要表观遗传学形式。DNA甲基化后核苷酸顺序及其组成虽未发生改变，但基因表达受影响。

尽管甲基化修饰有多种方式，被修饰位点的碱基可以是腺嘌呤的N-6位、胞嘧啶的N-4位、鸟嘌呤的N-7位和胞嘧啶的C-5位，它们分别由不同的DNA甲基化酶催化，但大多发生在基因启动子区CpG岛上（CpG岛是生物学术语：CpG岛主要位于基因的启动子（promotor）和外显子区域，是富含CpG二核苷酸的一些区域，长度为300—3000bp。这里CpG是胞嘧啶（C）—磷酸（p）—鸟嘌呤（G）的缩写。）。

DNA甲基化时，胞嘧啶从DNA双螺旋上突出，进入能与酶结合的裂隙中，在胞嘧啶甲基转移酶催化下，把活性的甲基从S-腺苷甲硫氨酸转移至胞嘧啶5位上，形成5-甲基胞嘧啶（5-MC）。基因启动子区的甲基化可导致转录沉寂。