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,瞬间改变细胞读取自身某些基因的能力,进而产生相关的蛋白质,改变遗传表现。
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。
不是所有DNA甲基化都会影响基因表达。CpG是胞嘧啶、磷酸、鸟嘌呤的缩写,CpG二核苷酸在人类基因组中占10%,其中70%-80%呈甲基化状态,非甲基化CpG二核苷酸区域仅占基因组的1%~2%。
这些CpG二核苷酸以较大的密度分布于基因的5’端,称为CpG岛。CpG二核苷酸甲基化对基因转录调控起着重要作用。
CpG岛甲基化程度通常很低,这种情况下,蛋白容易结合到DNA的启动子区域来启动转录,进而使基因表达。
如果CpG岛被甲基化,蛋白则难以结合 DNA,从而使转录沉默,基因不表达。
形象的说,DNA甲基化就像“关口”:去甲基化是“开关”,基因表达可以畅通无阻的进行,而异常甲基化就像“闭关”,后面的基因被沉默,无法发挥功能。
许多研究表明,肿瘤的发生发展与一系列DNA序列改变和表观遗传的异常改变有关。