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甲基化的功能
甲基化是蛋白質(zhì)和核酸的一種重要的修飾，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)和關(guān)閉，與癌癥、衰老、老年癡呆等許多疾病密切相關(guān)，是表觀遺傳學(xué)的重要研究內(nèi)容之一。 最常見的甲基化修飾有DNA甲基化和組蛋白甲基化。
DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。研究證實(shí)，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導(dǎo)致了人體1/3以上由于堿基轉(zhuǎn)換而引起的遺傳病。DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)和少量的N6-甲基腺嘌呤(N6-mA)及7-甲基鳥嘌呤(7-mG)。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。
DNA甲基化是指生物體在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase，DMT) 的催化下，以s-腺苷甲硫氨酸(SAM)為甲基供體，將甲基轉(zhuǎn)移到特定的堿基上的過程。DNA甲基化可以發(fā)生在腺嘌呤的N-6位、胞嘧啶的N-4位、鳥嘌呤的N-7位或胞嘧啶的C-5位等。但在哺乳動物中DNA甲基化主要發(fā)生在5’-CpG-3’的C上生成5-甲基胞嘧啶(5mC)
在哺乳動物中CpG以兩種形式存在：一種是分散于DNA序列中;另一種呈現(xiàn)高度聚集狀態(tài)，人們稱之為CpG島(CpG island)。在正常組織里，70%～90%散在的CpG是被甲基修飾的，而CpG島則是非甲基化的。正常情況下，人類基因組“垃圾”序列的CpG二核苷酸相對稀少，并且總是處于甲基化狀態(tài)，與之相反，人類基因組中大小為100-1000bp左右，富含CpG二核苷酸的CpG島則總是處于未甲基化狀態(tài)，并且CpG島常位于轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)附近，與56%的人類基因組編碼基因相關(guān)，因此基因轉(zhuǎn)錄區(qū)CpG島的甲基化狀態(tài)的研究就顯得十分重要。人類基因組序列草圖分析結(jié)果表明，人類基因組CpG島約為28890個(gè)，大部分染色體每1Mb就有5-15個(gè)CpG島，平均值為每Mb含10.5個(gè)CpG島，CpG島的數(shù)目與基因密度有良好的對應(yīng)關(guān)系。
DNA甲基化主要是通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶家族來催化完成的。目前，在真核生物中發(fā)現(xiàn)了3類DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(Dnmt1、Dnmt2、Dnmt3a、Dnmt3b).Dnmt1一種是維持性甲基化酶;Dnmt2可與DNA上特異位點(diǎn)結(jié)合，但具體作用尚不清楚;Dnmt3a和Dnmt3b是重新甲基化酶，它們使去甲基化的CpG位點(diǎn)重新甲基化，即參與DNA的從頭甲基化。在哺乳動物的生殖細(xì)胞發(fā)育時(shí)期和植入前胚胎期，其基因組范圍內(nèi)的甲基化模式通過大規(guī)模的去甲基化和接下來的再甲基化過程發(fā)生重編程，從而產(chǎn)生具有發(fā)育潛能的細(xì)胞;在細(xì)胞分化的過程中，基因的甲基化狀態(tài)將遺傳給后代細(xì)胞。由于DNA甲基化與人類發(fā)育和腫瘤疾病的密切關(guān)系，特別是CpG島甲基化所致抑癌基因轉(zhuǎn)錄失活問題，DNA甲基化已經(jīng)成為表觀遺傳學(xué)和表觀基因組學(xué)的重要研究內(nèi)容。
組蛋白甲基化是指發(fā)生在H3和H4組蛋白N端Arg或Lys殘基上的甲基化，由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)催化。組蛋白甲基化的功能主要體現(xiàn)在異染色質(zhì)形成、基因印記、X染色體失活和轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面。除了存在組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶以外，現(xiàn)在還發(fā)現(xiàn)了去甲基化酶。先前人們認(rèn)為組蛋白的甲基化作用是穩(wěn)定而不可逆的，使這種去甲基化酶的發(fā)現(xiàn)使組蛋白甲基化過程更具動態(tài)性。
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