DNA甲基化
dna甲基化的概念
dna甲基化的概念
DNA甲基化是一种生物化学过程，其中甲基基团（CH3）加在DNA分子中的脱氧核苷酸上。
这个过程是通过DNA甲基转移酶酶催化的。
DNA甲基化在基因组稳定性和基因表达调控中起着重要作用。
它能够影响基因的表达模式，并且对细胞命运决定也有影响。
DNA甲基化通常发生在CpG双核苷酸的序列上，即DNA链上紧邻着一个胞嘧啶（C）核苷酸和一个鸟嘌呤（G）核苷酸组成的序列。
这些区域通常被称为CpG岛。
DNA甲基化可以导致基因的沉默和基因组稳定性，通过两种途径影响基因表达：一是通过直接阻碍转录因子与DNA结合，从而抑制基因的转录活性；二是通过招募甲基化相关蛋白质如甲基结合蛋白(MBD)来改变染色质的结构和组装方式，导致基因区域不稳定并更容易被染色质调控。
此外，DNA甲基化在胚胎发育、细胞分化，以及致病性疾病的发生等过程中也发挥着重要的调节功能。
DNA甲基化可以被环境因素和生物学过程所影响，并且在许多疾病中也具有重要作用，包括癌症、神经系统疾病和心血管疾病等。
因此，研究DNA甲基化在基因表达和疾病发生中的作用对于理解基因组调控和疾病机制非常重要。
DNA甲基化检测技术
肿瘤类型
乳腺癌、肺癌、食管癌、结肠癌、胃癌、胰、 肝 癌
乳腺癌、卵巢癌 GIT 、头与颈部瘤、NHL、肺癌
肺癌
E-cadherin ER GSTP1 hMLH1
MGMT P15
增强增殖、侵袭与转移 激素抵抗 失去对致癌物活性代谢产物的解毒作用 缺损DNA错配修复,基因点突变
3、损伤与修复
一方面参与凋亡和修复的基因受DNA 甲基化调控,另一方面异常甲 基化往往会导致DNA 的多种损伤。此外 ,甲基化还可能直接参与DNA损 伤的识别和修复过程.
4、其他 ：
甲基化还参与DNA 的复制和包装及 DNA片段的转座等。
基因组甲基化的特点：
◆可逆性——许多甲基化位点可以根据细胞活性的要求重新 甲基化或去甲基化；
DNA甲基化与肿瘤的关系
MGMT基因在许多肿瘤中被认为是抗肿瘤药物治疗的预测标记。MGMT启 动子肿瘤特异性甲基化，可以抑制MGMT蛋白的活性，从而使得肿瘤细胞对 烷化类的抗肿瘤药物敏感，因而被广泛用于肿瘤化疗治疗。
Figure： Kaplan–Meier Estimates of Overall Survival, According to MGMT Promoter Methylation Status.
p53-相关基因，与DNA 修复及耐药性有 关 细胞的过度激活与增殖
乳腺癌、甲状腺癌、胃癌 乳腺癌、前列腺癌 前列腺癌、乳腺癌、肾癌 结肠癌、胃癌、子宫内膜瘤、卵巢癌
肺癌、脑瘤 非白血性白血病、淋巴瘤、鳞状细胞癌、肺癌
RASSF1A
失去了对G1/S负调控抑制作用
肺癌、乳腺癌、卵巢癌、肾癌、鼻咽癌
Rb
◆组织特异性——不同的组织细胞具有不同的甲基化模式， 为基因表达设定程序。
DNA甲基化——表观遗传学的重要组成部分
DNA甲基化——表观遗传学的重要组成部分DNA甲基化是一种表观遗传学调控机制，通常指DNA分子上的甲基化修饰。
这种化学变化涉及DNA链上的甲基基团与Cytosine碱基的配对，对基因表达和细胞分化等生命过程具有重要作用。
DNA甲基化不仅在正常生长发育中发挥至关重要的作用，而且也涉及很多人类疾病的发展。
本文将介绍DNA甲基化的基本原理、分布方式、调控机制及其在疾病中的作用。
一、DNA甲基化的基本原理DNA是由4种不同的核苷酸构成的，其中包括Adenine、Thymine、Cytosine和Guanine。
DNA的甲基化通常发生在Cytosine碱基的C5位，即通过甲基基团与细胞内的S-Adenosyl Methionine（SAM）反应，形成5-甲基Cytosine（5mC）。
DNA甲基化是基因组合成和生物遗传变异的关键机制之一。
它可以调控基因的表达和细胞分化，与疾病的发展密切相关。
虽然越来越多的研究表明，DNA甲基化是一种可逆的表观遗传修饰，但它仍然是一种稳定的标记，可以被逐代遗传，影响基因表达和细胞分化。
二、DNA甲基化的分布方式DNA甲基化在不同种类和类型的细胞中存在和分布不同。
在人体内，DNA甲基化主要发生在GC富集区域，如基因启动子、繁殖起始点、转录因子结合区等。
这些区域往往影响到基因表达的调控，因此被视为关键的甲基化信号的地点。
另一方面，DNA甲基化还出现在基因体内部的非编码区域，如intron、intergenic regions、satellite DNA和telomeres。
虽然对它们的确切功能还有争议，但这些甲基化信号可能参与调控DNA复制、染色体结构和修复。
三、DNA甲基化的调控机制DNA甲基化是由DNA甲基转移酶（DNMTs）负责催化核苷酸中的甲基基团的加成。
DNMTs可以对一些具有特定序列和结构的DNA区域进行偏好性的甲基化修饰。
这些区域的一个重要特征是在基因表达和细胞分化中发挥着重要的作用。
DNA甲基化
第二章
DNA甲基化
Epigenetic differences： monozygotic twins
简单地把DNA甲基化理解为“一把锁”，凡是被 DNA甲基化标记的部分，大都是需要被“尘封”“监 禁”的基因，比如基因组的“捣蛋鬼”—转座子，就 是被甲基化这把“锁”管制着，失去管制或管制不严， 这些“捣蛋鬼”会在基因组里跳来跳去，把基因组搞 得一团糟，会引起很多问题，如肿瘤、精神疾病等。
CpG岛的甲基化(1)
1. CpG岛：富含CpG区域，长度500~1000bp，GC含量超 过55% 2. 非随机出现：~60%的编码基因的5’UTR区域（转录起 始区域）含有CpG岛。 3. CpG的含量： (1) CG出现的期望值（百分比）：1/16 = 6.25% (2) 观察值：很少（~1%） (3) 原因：CG具有很高的突变率 4. C-T转换率是其他碱基对转换率的10-40倍以上 5. 例如：人类肿瘤细胞中的p53基因，50%的点突变都发 生在CpG上。
C––> 5mC ––> T?
Deamination 去氨基化反应
基因组甲基化的特点：
可逆性——许多甲基化位点可以根据细胞活性的要 求重新甲基化或去甲基化； 组织特异性——不同的组织细胞具有不同的甲基化 模式，为基因表达设定程序。
异常的甲基化可分为高甲基化和低甲基化 ，前 者指正常组织中不发生甲基化的位点被甲基化 ，后 者是指在正常组织中发生甲基化的位点去甲基化。
DNA甲基转移酶：系统发育分析
哺乳动物的DNA甲基转移酶
DNMT1: maintenance methyltransferases DNMT3A & DNMT3B: de novo methyltransferases–胚胎移植过程中高表达
一、 DNA甲基化与基因表达
一、DNA甲基化与基因表达
DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一，可能存在于所有高等生物中。
DNA 甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。
1．DNA甲基化的主要形式
5-甲基胞嘧啶，N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟嘌呤。
在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG和CpXpG中，原核生物中CCA/TGG和GATC也常被甲基化。
真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：一种被称为日常型（mainte-nance）
甲基转移酶，另一种是从头合成（denovo synthesis）甲基转移
酶。
前者主要在甲基化母链（模板链）指导下使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。
日常型甲基转移酶常常与DNA内切酶活性相耦联，有3种类型。
II类酶活性包括内切酶和甲基化酶两种成分，而I类和III类都是双功能酶，既能将半甲基化DNA甲基化，又能降解外源无甲基化DNA。
由于甲基化胞嘧啶极易在进化中丢失，所以，高等真核生物中CG序列远远低于其理论值。
哺乳类基因组中约存在4万个CG islands，大多位于转录单元的5'区。
没有甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用，就可能被氧化成为U，被DNA修复系统所识别和切除，恢复成C。
已经甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用, 它就变为T, 无法被区分。
因此, CpG序列极易丢失。
DNA甲基化与CpG岛
• 引言 • DNA甲基化的功能 • CpG岛的特性与分布 • DNA甲基化与CpG岛的关系 • DNA甲基化与CpG岛的研究方法 • DNA甲基化与CpG岛的前景与展望
01
引言
DNA甲基化的定义
DNA甲基化是指在DNA序列中，CpG位点的胞嘧啶被甲基所 修饰的过程。这种修饰是一种重要的表观遗传学标记，对基 因表达和细胞分化等生物学过程具有重要影响。
甲基化与失活
在X染色体失活过程中，DNA甲基化在X染色体上广泛发生，导致相关基因沉默 和X染色体整体失活。这种甲基化模式有助于维持X染色体失活的稳定性和遗传性 。
03
CpG岛的特性与分布
CpG岛的识别标准
01
CpG密度高
CpG岛内CpG位点的密度显著高于 周围序列。
启动子关联
CpG岛通常与基因的启动子区域相 关联。
该方法使用特异性抗体富集甲基化的DNA片段， 然后进行高通量测序，以识别甲基化位点。
该方法使用甲基化结合蛋白（MBD蛋白）富集甲 基化的DNA片段，然后进行高通量测序，以识别 甲基化的CpG岛。
06
DNA甲基化与CpG岛的前景与展望
在疾病诊断和治疗中的应用
肿瘤甲基化检测
通过检测肿瘤组织中DNA的甲基化状态 ，有助于肿瘤的早期诊断和预后评估。
在基因组印记和X染色体失活过程中， DNA甲基化起到关键作用，通过甲基 化特定基因或基因组区域，使这些基 因或区域沉默，不参与基因表达。
基因组印记
印记基因
基因组印记是指某些基因在不同细胞类型中的表达存在差异，这些差异由DNA 甲基化水平决定。印记基因通常在发育过程中由父本或母本来源的等位基因选 择性表达。
亚硫酸氢盐测序
DNA甲基化和去甲基化的调控机制
DNA甲基化和去甲基化的调控机制一、DNA甲基化DNA甲基化是生物体维持稳定遗传血缘关系的重要方式，它是指DNA分子上甲基基团（CH3）与腺嘌呤或胞嘧啶残基（茎环结构）的氮6位置共价结合的修饰方式。
这种修饰能够阻止转录因子结合，并使某些基因在关键时刻沉默。
DNA甲基化是在酶DMNT的催化下进行，这个酶的基因必须在早期的胚胎发育期间表达。
DNA甲基化使得某些基因表达停止，同时保证了某些基因表达的特异性和稳定性。
然而，如果该基因获得了一个作用于催化酶的突变，则合成的甲基可能会部分或全部丢失，或者一些额外的甲基可能会随机添加。
二、DNA去甲基化DNA去甲基化（DNA demethylation）是与DNA甲基化反其道而行的过程，它指的是甲基基团从脱氧核糖核酸（DNA）分子上移除的生物学过程。
这个过程对于真核细胞的基因表达和稳定性是非常重要的。
与DNA甲基化不同，DNA去甲基化是一个复杂的过程，它涉及多个步骤和不同的细胞过程。
例如，尽管一些区域可以通过DNA碱基样本重编程而被去甲基化，但在神经元中，这个过程可能涉及直接的去甲基化酶或干扰RNA。
三、DNA甲基化和去甲基化的调控机制DNA甲基化和去甲基化的调控机制是非常复杂的，涉及到许多不同的分子和细胞过程。
一些分子，例如DNA甲基转移酶和DNA去甲基化酶，直接参与到DNA甲基化和去甲基化过程中。
其他分子，则可能通过不同的途径影响这个过程。
例如，甲基化和去甲基化中涉及的信号通路和药物，包括谷胱甘肽S-转移酶、胆碱乙酰转移酶、去甲肾上腺素转移酶和受体酪氨酸磷酸化酶都可以影响这个过程。
四、DNA甲基化和去甲基化与疾病的关系尽管DNA甲基化和去甲基化是调节基因表达的正常过程，但它们还与许多不同类型的疾病有关系。
这些疾病包括肿瘤、自闭症、皮肤癌等。
在某些情况下，错误的DNA甲基化或去甲基化可以引起癌症的形成。
例如，当DNA甲基化粘在胞嘧啶的CpG岛上时，它可以抑制肿瘤抑制基因的功能，这可能导致细胞恶性转变。
dna甲基化名词解释
DNA甲基化名词解释什么是DNA甲基化？DNA甲基化是指在DNA分子中加入甲基基团（CH3）的过程。
甲基基团可以与DNA 中的胞嘧啶碱基（Cytosine，C）相连，形成5-甲基胞嘧啶（5-Methylcytosine，5mC）。
为什么DNA甲基化重要？DNA甲基化在生物体中起着重要的调控作用。
它可以影响DNA的稳定性、基因的表达和细胞的功能。
DNA甲基化在个体发育过程中起着关键的作用，也与许多疾病的发生和发展密切相关。
DNA稳定性维护DNA甲基化可以稳定DNA分子的结构，防止DNA双链解旋和酶切。
在DNA复制和修复过程中，甲基化可以保护DNA不受到不必要的修复或降解。
基因表达调控DNA甲基化可以直接或间接地影响基因的转录和翻译过程，从而调节基因的表达。
在一些基因的启动子区域，高度甲基化可以阻止转录因子结合，从而抑制基因的转录。
相反，低度甲基化可以促进基因的转录。
细胞功能调节DNA甲基化在细胞的分化和功能调控中起着关键的作用。
在多细胞生物中，不同细胞类型的DNA甲基化模式是不同的，这有助于维持细胞的特异性和功能。
DNA甲基化还可以调节细胞的增殖、凋亡和分化等过程。
DNA甲基化的调控机制DNA甲基化的形成和去甲基化是通过一系列酶的催化下进行的。
在哺乳动物细胞中，DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase）可以将甲基基团添加到DNA上，而DNA 去甲基化酶（DNA demethylase）可以将甲基基团从DNA上去除。
DNA甲基化与疾病的关联DNA甲基化异常与多种疾病的发生和发展密切相关。
以下是一些与DNA甲基化异常相关的疾病：1.癌症：DNA甲基化异常在多种癌症中广泛存在。
甲基化模式的改变可以导致关键基因的失活或过度表达，从而促进癌细胞的生长和侵袭。
2.免疫系统疾病：某些自身免疫性疾病，如系统性红斑狼疮和类风湿性关节炎，与DNA甲基化异常有关。
这些异常可以导致免疫系统的功能紊乱。
DNA甲基化与表观遗传
DNA甲基化与表观遗传随着遗传学研究的不断深入，人们对于DNA的认识越来越深刻。
DNA是构成基因的重要成分，而表观遗传则是影响DNA表达的重要模式之一。
而DNA甲基化作为表观遗传的一种形式，也成为了研究的重要方向之一。
什么是DNA甲基化？DNA甲基化是指在DNA分子中加入甲基基团，将少数脱氧核糖骨架上的位点（CpG岛）上的C被甲基基团取代，成为5-甲基脱氧胞嘧啶（5mC）的过程。
这一甲基化反应主要由DNA甲基转移酶（DNMT）催化完成。
DNA甲基化是如何影响遗传？在人体内，人类的基因组拥有大量的CpG岛分布在不同的基因区域中。
而在这些CpG岛上的甲基化作为表观遗传的一种形式，具有重要的调节基因表达的作用。
早期研究发现，在胚胎发育阶段，人体对于一些重要的发育基因，如Nanog、Oct4、Sox2等调控基因在胚胎干细胞中的表达需要保持在一个特殊的状态。
这些基因在正常细胞中会被甲基化，表达水平很低，而在干细胞中这些基因是非常活跃的。
这就说明，DNA甲基化是一个至关重要的调控机制，与基因的表达和人体的发育密切相关。
除了影响胚胎发育外，DNA甲基化还能影响人体的健康。
例如乳腺癌、结肠癌等肿瘤在甲基化的调节过程中，会受到大量基因表达的条件所影响。
DNA甲基化与表观遗传有何关系？表观遗传是指非基因所注明的对于遗传信息的传递方式。
与相对稳定的基因遗传不同，表观遗传则是一种相对动态的调节，其调控范围涵盖了进化、发育、各种环境变化等。
DNA甲基化作为表观遗传的一种形式，可以通过改变基因表达调节模式，影响某些行为表现，包括许多方面的特征和潜在的疾病状态。
最近的研究发现，一项大量基因组研究中，40%的差异主要是由于DNA甲基化产生，而不是来自DNA序列变异。
这证明了DNA甲基化在表观遗传上的重要作用。
此外，DNA甲基化还可以在基因组不稳定性、转录因子结合能力、组蛋白修饰等方面起到一定的作用，从而参与了许多生物过程，如DNA修复、细胞周期调节、免疫系统反应等。
DNA甲基化
DNA甲基化
生物学术语
01 原理
03 类型
目录
02 酶分类 04 机制
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。
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。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。
植物基因组学中的DNA甲基化
植物基因组学中的DNA甲基化DNA甲基化是一种非常重要的生物学研究内容，尤其是在植物基因组学领域。
在这篇文章中，我将着重探讨DNA甲基化是什么，以及它在植物基因组中的意义。
什么是DNA甲基化？DNA甲基化是指在DNA链上添加methyl基(-CH3)的一种化学修饰。
这个过程是通过甲基转移酶完成的，甲基转移酶可以将S-adenosylmethionine(SAM)中的methyl基转移至DNA分子上。
DNA甲基化具有良好的可逆性，可以通过DNA脱甲基化酶(DNMT)将methyl基去除。
DNA甲基化作为一种生物化学修饰，对于细胞的生命活动具有重要的影响。
它可以通过改变染色体结构，参与基因转录和表达，并对基因组稳定性产生影响。
人们对于DNA甲基化的研究已经进行了数十年，但是，植物基因组中的DNA甲基化还是相对新的领域，目前尚有许多待探讨的问题。
DNA甲基化在植物基因组中的意义DNA甲基化可以影响植物体内基因的表达。
它可以通过增加或减少methyl基，调整染色体的结构，使得某些区域的基因表达受到抑制或者增强。
这一过程被称为DNA甲基化修饰。
在植物生长与发育的过程中，DNA甲基化具有非常重要的意义。
例如，在植物的胚胎发育中，DNA甲基化可能会影响大量基因的表达。
同时，在植物对外界环境的适应中，DNA甲基化修饰也发挥着至关重要的作用。
例如，在水稻的耐盐性中，DNA甲基化是一个非常重要的调控机制。
研究表明，DNA甲基化可以影响水稻胚胎的基因表达，并提高其耐盐能力。
DNA甲基化的变化还可以影响植物种群的进化。
一个研究表明，在某些植物种群中，DNA甲基化可以产生扩散选择作用。
也就是说，一些部位的DNA甲基化水平高，可以使得植物更加适应特定环境，从而共同进化成一种采取共同策略的种群。
最后，DNA甲基化还可以帮助研究人员对植物基因组的演化历史进行揭示。
通过对DNA甲基化水平不断变化的地区进行比较，可以得到不同基因型间的相似性与差异性，从而为基因组进化历史做出重要贡献。
DNA甲基化的总结
DNA甲基化的总结DNA甲基化是指DNA分子上甲基基团与DNA中的胸腺嘧啶（C）残基共价键结合的化学修饰过程。
在大多数生物体中，DNA甲基化是一种常见的遗传信息的修饰方式，并且在生物发育、细胞分化、基因表达调控等诸多生物学过程中起重要作用。
本文将从DNA甲基化的概念、机制、功能以及与疾病的关系等方面进行详细的总结。
首先，DNA甲基化是指通过甲基转移酶将甲基基团添加到DNA分子中的胸腺嘧啶残基上。
甲基化作用通常发生在DNA双链的5'位碱基C上。
在CpG二聚体（CpG dinucleotides）中的C上加甲基即形成了5-甲基胸腺嘧啶（5-methylcytosine，5mC）。
CpG二聚体在哺乳动物基因组中非常富集，因此DNA甲基化主要发生在CpG岛（CpG islands）区域。
CpG岛是指包含大量CpG二聚体的DNA序列，位于基因启动子区域附近。
CpG岛的甲基化程度与基因的转录活性密切相关。
DNA甲基化的机制主要涉及两个过程：甲基化和去甲基化。
甲基化是通过DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）将甲基基团转移至DNA分子的胸腺嘧啶残基上，甲基转移的供体一般是S-腺苷甲硫氨酸（SAM）。
去甲基化是指去除5mC上的甲基基团，恢复C残基的过程。
在DNA去甲基化中，最为重要的酶是TET（Ten-eleven translocation）家族的蛋白。
DNA甲基化在生物体内起到多种功能。
首先，DNA甲基化在基因表达调控中起重要作用。
甲基化的高水平通常与基因沉默有关，而甲基化的低水平通常与基因激活相关。
例如，在胚胎发育早期，由于甲基化的抑制作用，大部分基因处于沉默状态。
而随着胚胎发育的进行，甲基化逐渐减少，导致基因的激活。
其次，DNA甲基化还参与细胞分化过程。
许多研究发现，细胞的分化状态与DNA的甲基化水平密切相关。
不同细胞类型中的基因组甲基化模式也有所不同。
此外，DNA甲基化还与遗传稳定性、X染色体失活、基因座识别等生物学过程密切相关。
dna甲基化的原理
dna甲基化的原理DNA甲基化是一种在DNA分子上加上甲基基团的化学修饰过程。
这一化学修饰过程在细胞中发挥着重要的生物学功能，包括基因表达的调控、细胞分化和遗传稳定性等。
DNA甲基化的原理涉及到甲基基团的添加和去除机制。
在DNA甲基化过程中，甲基基团主要被加到DNA双螺旋结构的胞嘧啶（C）碱基的C5位上。
这一过程是通过DNA甲基转移酶来完成的。
甲基转移酶酶能识别DNA分子上的CG序列（称为CpG位点），并在胞嘧啶碱基的C5位上催化甲基基团的转移。
这样，CpG位点上的胞嘧啶碱基就被甲基化了。
DNA甲基化过程的原理如下：1.甲基转移酶的选择性：在细胞中有多种甲基转移酶存在，它们对不同的CpG位点有不同的偏好性。
这种选择性可能受到DNA序列上的特定结构以及附近其他基因组调控元件的影响。
2.甲基化的模式：DNA甲基化不是随机发生的，而是有一定模式的。
例如，在哺乳动物的基因组中，大部分甲基化的CpG位点都集中在基因的启动子区域，这些区域通常与基因的转录调控相关。
3.维护DNA甲基化的稳定性：一旦DNA分子上的某个CpG位点被甲基化，该甲基化状态通常会稳定地维持下去。
这是因为DNA甲基化可以被称为甲基化的遗传记忆体的蛋白质结合并保护。
这些蛋白质可以阻止DNA甲基化酶作用于已经甲基化的CpG位点，从而维持DNA甲基化状态的稳定性。
除了甲基化，DNA上的甲基基团也可以通过DNA去甲基化来去除。
DNA去甲基化是指将DNA分子上的甲基基团去除，从而恢复DNA的原始状态。
DNA的去甲基化机制是多样的，包括被去甲基化酶催化的去甲基化和被氧化剂氧化甲基基团导致的自动去甲基化等。
总的来说，DNA甲基化是一种复杂而精确的生物学修饰过程，它对维持基因组的稳定性和正常的生物学功能至关重要。
了解DNA甲基化的原理，可以帮助我们更好地理解基因调控和生物发育等过程，也有助于深入研究与DNA甲基化相关的疾病，如癌症和染色体异常。
dna甲基化概念
dna甲基化概念DNA甲基化是生物体内一种常见的表观遗传修饰方式，它是指在DNA分子上加上甲基基团的一种化学反应。
这种修饰方式在不改变DNA序列的前提下，能够影响基因的表达和功能，进而影响细胞分化、发育、代谢等生物学过程。
因此，DNA甲基化被认为是一种重要的表观遗传调控机制。
一、DNA甲基化的发现与研究历程早在20世纪60年代，科学家们就已经开始关注DNA甲基化现象。
当时，一些研究人员在研究细菌的基因调控时发现了一种特殊的酶——DNA甲基化转移酶（DNA methyltransferase, Dnmt）。
这种酶可以将S-腺苷甲硫氨酸（SAM）上的甲基基团转移到DNA分子上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。
这一发现为后来的研究奠定了基础。
随着科学技术的发展，人们逐渐认识到DNA甲基化在生物体内的重要作用。
1980年代，科学家们开始研究哺乳动物细胞中的DNA甲基化现象。
他们发现，在胚胎发育过程中，某些基因的甲基化程度会发生变化，从而影响这些基因的表达。
此外，他们还发现，在肿瘤细胞中，许多基因的甲基化程度也会发生异常变化。
这些研究结果表明，DNA甲基化可能是一种重要的表观遗传调控机制。
二、DNA甲基化的生物学意义1. 影响基因表达DNA甲基化可以直接影响基因的表达。
通常情况下，未甲基化的CpG位点更容易被转录因子识别和结合，从而促进基因的表达。
相反，甲基化的CpG位点则不容易被转录因子识别和结合，从而抑制基因的表达。
因此，DNA甲基化可以通过改变CpG 位点的甲基化程度来调节基因的表达水平。
2. 参与细胞分化和发育DNA甲基化在细胞分化和发育过程中起着关键作用。
例如，在胚胎发育过程中，某些基因的甲基化程度会发生显著变化，从而影响这些基因的表达。
这些基因的表达变化最终会导致细胞分化和组织形成。
此外，DNA甲基化还可以通过影响干细胞的自我更新和分化能力来调控细胞命运。
3. 参与疾病发生和发展DNA甲基化异常与许多疾病的发生和发展密切相关。
DNA甲基化
进一步研究发现，辅助因子Dnmt3能通过其PHD结构域 与第四位赖氨酸未甲基化的组蛋白H3发生相互作用，进 而招募DNA甲基转移酶Dnmt3a到靶位点发生起始性DNA 甲基化。
Thank You!
– 呈现上述现象的基因称为印记基因(imprinted gene)， 它又可分为父系印记基因(父源印记，母源表达)和母系 印记基因(母源印记，父源表达)。
DNA甲基化与基因印记
• 印记基因发生的机制尚待深人研究，但一般认为主要由于 来自双亲等位基因被甲基化而导致沉默，即DNA CpG岛 的胞嘧啶5’位置上被加上甲基。
• 甲基化与X染色体失活
• 在雌性哺乳动物，剂量补偿是通过一条X染色体的失活来实现的，由X染 色体失活中心(Xic)控制。Xic区域有两个与X染色体失活相关的基因Xist 和Tsix，两者的动态表达在X染色体失活中起着重要作用，X染色体失活 前，Xist和Tsix是共同表达的，X染色体失活开始后，Tsit停止表达。
DNA甲基化与基因印记
H3K9 甲基化与转录基因沉默 在组蛋白尾部众多的赖氨酸残基甲基化中，H3K9甲基化是基因转录沉默的标 志。
最近Weinberg等 发现针对EF1 A启动子siRNA双链和反义链均能通过组蛋白 H3K9甲基化介导基因沉默。甲基化的H3K9可募集HP1到染色质，HP1与多 种转录抑制因子结合，抑制基因转录。
• 哺乳动物中，这种反义调节可能代表着较为普遍的长距离转录调控机制 ，但调节Xist和Tsix的表达的详细机制仍不清楚。通过对失活和有活性的 X染色体DNA甲基化状态的研究发现，在失活的染色体上，大部分基因 的CpG是甲基化的，在活化的染色体是非甲基化的。活化染色体与非活 化染色体甲基化状态的不同只代表着甲基化在X染色体失活中的一种晚 发现象，它对失活状态的维持具有重要作用，但没有始动作用。
DNA甲基化
DNA甲基化编辑本段回目录DNA甲基化是指生物体在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase，DNMT) 的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM) 为甲基供体,将甲基转移到特定的碱基上的过程。
DNA 甲基化可以发生在腺嘌呤的N -6位、胞嘧啶的N -4位、鸟嘌呤的N -7位或胞嘧啶的C-5位等。
但在哺乳动物,DNA甲基化主要发生在5’-CpG-3’的C上.生成5-甲基胞嘧啶(5mC) 。
反应如下：图1 DNA甲基化人类的CpG以两种形式存在，一种是分散于DNA 中，另一种是CpG结构高度聚集的CpG岛。
在正常组织里，70 %～90 %的散在的CpG是被甲基修饰的,而CpG岛则是非甲基化的。
甲基化的作用编辑本段回目录1．基因C →T突变DNA 甲基化引起基因突变的机制主要是由于DMT催化反应形成。
DMT可以加快C(胞嘧啶) 和5mC 脱氨,封闭U(尿嘧啶) 的修复,并且使U →T 改变,故DMT 促使CpG序列的C →T突变。
图2： C突变成T 抑癌基因p53就是一个典型的例证。
50% 实体瘤病人出现p53基因突变。
突变中24% 是CpG 甲基化后脱氨引起的C→T 突变。
2影响基因错配修复DNA 错配修复系统(DNAmismatch repair system，MMR) 是指存在人类细胞中的一种修复DNA 碱基错配的安全保障体系，它是由一系列特异修复DNA碱基错配的酶分子组成。
Ahujia 等研究发现MMR 缺陷时,CpG岛的甲基化增强,并认为MMR 与DNA 甲基化有关。
在基因错配修复过程中甲基化具有导向识别作用,而在错配修复基因表达缺陷的原因中基因突变和基因启动子区的高甲基化是其主要原因。
3．基因沉默目前认为,甲基化影响基因表达的机制有下列几种：①直接作用。
基因的甲基化改变了基因的构型，影响DNA特异顺序与转录因子的结合,使基因不能转录；②间接作用。
基因5′端调控序列甲基化后与核内甲基化CG序列结合蛋白(methyl CG-binding p rotein)结合，阻止了转录因子与基因形成转录复合物；③DNA去甲基化为基因的表达创造了一个良好的染色质环境。
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DNA甲基化概述在哺乳动物基因组中，甲基化是一种表观遗传机制，包括将甲基转移到胞嘧啶的C5位置形成5-甲基胞嘧啶。
DNA甲基化通过招募参与基因抑制的蛋白或通过抑制转录因子与DNA的结合来调节基因表达。
在发育过程中，DNA甲基化的模式在基因组中发生变化，这是DNA从头甲基化和去甲基化的动态过程的结果。
DNA甲基化是被一个甲基转移酶家族所催化，转移S腺苷甲硫氨酸(SAM)的一个甲基到第五个碳胞嘧啶残基形成5mc , Dnmt3a和Dnmt3b可以建立一个新的DNA甲基化模式来去修饰DNA，被称为从头甲基化。
另一方面，Dnmt1在DNA复制过程中起作用，将亲代DNA链上的甲基化模式复制到新合成的子链上。
这三种DNA都广泛参与胚胎的发育。
这三种DNA都广泛参与胚胎的发育。
当细胞到达终末分化时，Dnmt的表达大大降低。
这似乎表明有丝分裂后细胞的DNA甲基化模式是稳定的。
大部分DNA的甲基化发生在鸟嘌呤核苷酸或CpG位点之前的胞嘧啶上。
总的来说，哺乳动物基因组中CpG位点的减少可能是由于5 - mc可脱氨成胸腺嘧啶的诱变潜力。
剩余的CpG位点分布在整个基因组中，除了CpG岛外，它们都被严重甲基化。
DNA甲基化对沉默逆转录病毒分子、调节组织特异性基因表达、基因印记和X染色体失活至关重要。
不同基因组区域的DNA甲基化可能根据潜在的遗传序列对基因活动产生不同的影响。
一、DNA甲基化的位置1.1 基因间区大约45%的哺乳动物基因组由转座因子和病毒因子组成，这些因子被大量甲基化而沉默。
这些元素中的绝大多数是通过DNA甲基化或随着时间的推移由于5mC的破坏而产生的突变而失活的。
如果表达，这些元素是潜在的有害的，因为它们的复制和插入可以导致基因损坏和DNA突变。
胞内颗粒(IAP)是小鼠基因组中最具侵袭性的逆转录病毒之一。
在整个生命过程中，IAP在配子形成、发育和成年阶段都被高度甲基化。
甚至在胚胎内部，当基因组其余部分相对低甲基化时，Dnmtl维持对IAP元件的抑制。
当Dnmtl被基因突变耗尽，导致广泛的低甲基化时，IAP元素被表达。
这表明，在基因间区，DNA甲基化的主要作用之一是抑制潜在有害基因元素的表达。
1.2 CpG岛CpG岛是大约1000个碱基对长度的DNA延伸，它们的CpG密度比基因组的其他部分高，但通常不会甲基化。
大多数基因启动子，大约70%，在CpG岛。
特别是，管家基因的启动子常常嵌入到CpG岛。
CpG岛，尤其是那些与启动子相关的基因在小鼠和人类之间高度保守。
在整个进化过程中，CpG岛屿的位置和保存意味着这些区域具有重要的功能。
CpG岛通过调控染色质结构和转录因子的结合来促进基因表达。
DNA有规律地包裹在组蛋白周围，形成被称为核小体的小段。
DNA与组蛋白的联系越紧密，对基因表达的宽容程度就越低。
CpG岛的一个共同特征是，它们比其他DNA片段包含更少的核团。
与CpG 岛相关的少数核小体常含有组蛋白，其修饰涉及增强基因表达。
尽管约50%的CpG岛包含已知的转录起始位点，但CpG岛往往缺乏常见的启动子元件，如TATA boxes 。
由于许多转录因子结合位点富含GC, CpG岛可能会增强对转录起始位点的结合。
CpG岛虽然缺乏共同的启动子元件，但却能增强DNA的可达性，促进转录因子的结合。
CpG岛的甲基化导致了稳定的基因表达沉默。
在配子发生和胚胎早期发育期间，CpG 岛经历了差异甲基化。
通过CpG岛调控基因表达的甲基化能力对建立很重要。
印迹基因仅由两个遗传亲本染色体中的一个表达，它们的表达由遗传亲本决定。
除了印迹基因外，CpG岛的DNA甲基化还在发育和分化过程中调控基因表达。
就像CpG岛与基因表达的控制相联系，CpG岛可能表现出组织特异性的DNA甲基化模式。
虽然CpG群岛在基因内和基因体区域可能存在组织特异性甲基化模式，与转录起始位点相关的CpG岛很少出现组织特异性甲基化。
相反，距离CpG岛2 kb远的被称为CpG岛边界的区域，具有高度保守的组织特异性甲基化模式。
与CpG岛一样，CpG岛的甲基化与基因表达的减少高度相关。
1.3 基因本体由于哺乳动物基因组中的大多数CpG位点都是甲基化的，所以这些基因本身也必须含有甲基化。
基因体被认为是基因第一个外显子之后的区域，因为第一个外显子的甲基化，就像启动子甲基化一样，会导致基因沉默。
有证据表明，基因体的DNA甲基化与细胞分裂中更高水平的基因表达有关。
然而，在缓慢分裂和非分裂的细胞如大脑中，基因体甲基化与基因表达增加无关。
甲基结合蛋白是DNA甲基化和组蛋白修饰之间最紧密的联系。
MBDs和UHRF蛋白均与甲基化DNA和组蛋白相互作用以增强基因抑制。
KRAB锌指蛋白通常通过与TRIM28的相互作用发挥表观遗传抑制因子的作用。
TRIM28是多功能抑制因子复合物的一个组成部分，至少在这种情况下，核小体重构和组蛋白去乙酰化(NuRD)复合物、h3k9me3催化组蛋白甲基转移酶SETDB1、异染色质蛋白1 (HP1)、DNA甲基转移酶DNMT1、DNMT3A和DNMT3B。
尽管合子型ZFP57突变体的DNA甲基化维持缺陷不太明显，而父系ZFP57的表达挽救了母系ZFP57的缺失，但母系Trim28的缺失本身就是胚胎致死的。
母系Trim28突变体的死亡时间和胚胎表型是高度可变的，在一些母系和父系icr中也发生低甲基化。
对单个囊胚的DNA甲基化分析证实，随机、随机的甲基化缺陷(和表型)是基于携带正常和异常印迹基因位点的早期Trim28母源缺失胚胎的镶嵌组成二、DNA甲基化的基本机制建立，识别和去除DNA甲基化的酶可以分为三类: writers, erasers和readers。
writers是一种催化将甲基加到胞嘧啶残基上的酶。
erasers修改并除去甲基。
readers识别并与甲基结合，最终影响基因表达。
2.1 DNA甲基化书写Dnmt家族的三个成员直接催化甲基加在DNA上: Dnmtl、Dnmt3a和Dnmt3a。
虽然这些酶具有类似的结构与一个大的n端调节域和一个c端催化域，它们有独特的功能和表达模式。
Dnmtl在包括大脑在内的哺乳动物组织中高度表达。
与其他Dnmts不同，Dnmtl优先甲基化半甲基化DNA 。
在DNA复制期间，Dnmtl定位于复制叉，在那里新合成的半甲基化DNA形成。
Dnmt1与新合成的DNA有关并且将其甲基化以精确模拟DNA复制前的原始甲基化模式。
此外，Dnmtl还具有修复DNA甲基化的能力。
因此，Dnmtl被称为主要维护的Dnmt，它在细胞谱系中维持了DNA甲基化的原始模式。
Dnmtl在细胞分化和分裂中起着关键作用。
Dnmt3a和Dnmt3b在结构和功能上极为相似。
与Dnmtl不同，Dnmt3a和Dnmt3b过表达时都能够甲基化天然和合成DNA，而不偏向于半甲基化DNA 。
因此，dnmt3a和Dnmt3b被称为从头合成Dnmt，因为它们可以将甲基化引入未休饰DNA。
Dnmt3a与Dnmt3b 的主要区别在于其基因表达模式。
虽然Dnmt3a相对广泛表达，但除了甲状腺、睾丸和骨髓外，Dnmt3b在大多数分化组织中表达较少。
Dnmt3b在早期发育中是必需的，而Dnmt3a在正常的细胞分化中是必需的。
Dnmt家族的最后一个成员是Dnmt3L，这是一种缺乏其他Dnmt酶催化结构域的蛋白质。
Dnmt3L主要在发育早期表达，成年后仅局限于生殖细胞和胸腺。
虽然Dnmt3L本身没有催化功能，但它与Dnmt3a和Dnmt3b结合，刺激它们的甲基转移酶活性。
2.2 DNA甲基化清除DNA脱甲基作用特点是被动或主动。
被动DNA去甲基化发生在细胞分裂过程中。
在细胞复制过程中，由于Dnmt1积极维持DNA甲基化，它的抑制或功能障碍使新掺入的胞嘧啶保持未甲基化状态，因此降低了每次加入后的总甲基化水平。
活跃的DNA去甲基化可以在分裂细胞和非分裂细胞中发生，但该过程需要酶反应处理5mc，以便将其还原为未修饰胞嘧啶。
脱甲基作用通过一系列的化学反应发生,进一步修饰5 mc,通过脱氨基作用和/或氧化反应的产物认可基本切除修复(BER)途径用裸体替换修改的胞嘧啶。
尽管人们普遍同意,BER 通路是DNA脱甲基的最后一步,特定的酶和化学中间体在脱氧核糖核酸去甲基化过程中形成的。
5mC可以在两个位置被化学修饰，胺基和甲基。
通过AID/ APOBEC(激活诱导的胞苷脱氨酶/载脂蛋白B mRNA -剪接酶复合物)将胺基脱氨成羰基，有效地将5mC转化为胸腺嘧啶，从而产生G/T失配，诱导BER通路纠正碱基。
2.3 DNA甲基化阅读DNA甲基化本身可能通过破坏转录激活因子的结合而降低基因表达，而第二类对5mC 具有高亲和力的蛋白质则会抑制转录因子的结合。
DNA甲基化可由三个不同的蛋白质家族识别:MBD蛋白、UHRF蛋白和锌指蛋白。
在这些家族中，MBD是第一个被发现的。
MBD 蛋白包含一个保守的甲基-CpG结合域(MBD)，它对单个甲基化CpG位点具有更高的亲和力(Nan et al, 1993)。
这个家族包括MeCP2，第一个识别的甲基结合蛋白，连同MBD1、MBD2、MBD3和MBD4 。
与其他组织相比，MBDs在大脑中的表达更高，许多MBDs对正常的神经元发育和功能非常重要。
在MBD家族中，MBD3和MBD4是不寻常的。
例如，由于MBD 区域的突变，MBD3不能直接与DNA结合。
虽然MBD4通常与DNA结合，但当鸟嘌呤与胸腺嘧啶、尿嘧啶或5-氟尿嘧啶不匹配时，MBD4会优先识别，并与参与DNA错配修复的蛋白结合。
三、哺乳动物发育过程中DNA甲基化重编程3.1 DNA甲基转移酶和调节剂3.1.1 DNMT 1和uhrf 1-维护甲基化机械的关键部件DNMT 1，一种DNA甲基转移酶基因，是从小鼠细胞中克隆出来的。
它有几个转录起始点，产生三个主要的异构体. Dnmt 1，在体细胞中表达，编码1620个氨基酸的全长DNMT 1蛋白。
Dnmt1o，在卵母细胞中特异表达，编码一种蛋白质产物，由于从下游起始密码子翻译而缺乏N-末端118个氨基酸。
与DNMT 1相比，DNMT1o具有相似的催化活性，但似乎更稳定。
Dnmt1p在粗线精母细胞中特异表达，不产生蛋白质产物。
DNMT 1包含一个C末端催化结构域，它包含所有DNA甲基转移酶的特异性结构域(I-X)和一个包含多个功能域的独特的N端调控域。
这些结构域包括：核定位信号(Nls)，将dnt 1导入细胞核；增殖细胞核抗原(PCNA)结合域(Pbd)，与DNA复制机制相互作用；针对dnt 1到DNA复制灶的复制聚焦序列(Rfts)；结合非甲基DNA的cxc锌指结构域(cxc锌指结构域)；以及dnmt 1催化活性所需的两个溴邻同源区(Bah)和甘氨酸赖氨酸(Gk)重复序列。