一、DNA的甲基化

DNA甲基化 ①

1、 在DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferase, DNMTs）的作用下，將一個甲基添加的胞嘧啶的5’-碳分子>上，形成5-甲基化胞嘧（5-methylcytosine）
2、 胞嘧啶甲基化后產生5-甲基化胞嘧啶能夠自發的脫氨基形成胸腺嘧啶（Thymine）：5mC -> T

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3、 哺乳動物中，~1%的DNA堿基能夠發生甲基化修飾
4、 DNA甲基化的分布：轉座子，逆轉錄病毒衍生的重復序列，大多數功能基因的編碼區。

DNA甲基化 ②

1、 DNA甲基化的模式：
（1）線蟲：無甲基化的胞嘧啶
（2）果蠅：極少量的甲基化胞嘧啶，識別模式CpT (主要) vs. CpG (極少)
（3）哺乳動物：CpG (~70%)或者CpNpG
2、 CpG– Cytosine phosphate Guanine
3、 鑲嵌的甲基化(mosaic methylation): 基因組中，高度甲基化的部分DNA序列被大的非甲基化DNA序列所分隔開
4、 難以被DNA修復系統所識別： CG→TG是可遺傳的

CpG島的甲基化 ③

1、 CpG島：富含CpG區域，長度500~1000bp，GC含量超過55%
2、 非隨機出現：~60%的編碼基因的5’UTR區域（轉錄起始區域）含有CpG島。
3、 CpG的含量：
（1）CG出現的期望值（百分比）：1/16 = 6.25%
（2）觀察值：很少（~1%）
（3）原因：CG具有很高的突變率
4、 C-T轉換率是其他堿基對轉換率的10-40倍以上
5、 例如：人類腫瘤細胞中的p53基因，50%的點突變都發生在CpG上。

CpG島的甲基化 ④

1、CpG在重復片段以及基因的3’UTR區域能夠發生甲基化
2、 CpG島通常不被甲基化（CpG則容易被甲基修飾）
3、 哺乳動物中：26,000-45,000 CpG島。常分布在持家基因和一些組織表達特異性基因的啟動子區域
4、 CpG島：可以被HpaII酶(C|CGG)切成小片段，因此也叫HTF島

二、DNA甲基化的基因調控模型

1、DNA甲基化的主要功能：轉錄沉默（silencing transcription）

(1) 基因的啟動子區域通常不被甲基化修飾
(2) 建立特定的基因表達模式：組織特異性、生殖特異性…
(3) 基因印記、X染色體失活

2. DNA甲基化抑制基因轉錄的機制：

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(1) 干擾轉錄因子對DNA元件的識別和結合
直接干擾機制Ⅰ

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補充：轉錄因子（transcription factor）是能與位于轉錄起始位點上游50～5000bp的順式作用元件（cis-acting elements）、沉默子（silencer）或增強子（enhancer）結合并參與調節靶基因轉錄效率的一組蛋白，并能將來自細胞表面的信息傳遞至核內基因。
(2) 將轉錄因子的DNA識別序列轉變為阻抑物的識別序列

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(3) DNA甲基化有利于招募染色質重塑或修飾因子
The methyl-CpG-binding proteins MeCP1 and MeCP2能夠與甲基化的DNA結合，而MeCP2能夠招募Sin3a, HDACs，形成復合物，阻遏轉錄。

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3. DNA甲基化：是轉錄沉默的結果和維持，而不是原因（費解！！！）

三、真核生物的DNA甲基轉移酶

1、哺乳動物: DNMT1, DNMT3A, DNMT3B，DNMT3L, DNMT2
2、擬南芥：DRM2, MET1，DNMT2, CMT3
3、 粗糙脈孢菌(Neurospora crassa): DIM2, dim-5, RID

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4. DNA甲基化與去甲基化

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5、DNA甲基化的維持：兩種模型

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6、表觀遺傳修飾的重編程

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7、DNA甲基化：Cell Memory

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8、DNA甲基轉移酶的功能

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9、啟動子的甲基化

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四、DNA甲基化的通路：擬南芥

1、 TXN：Transcription
2、 擬南芥中大多數全新甲基化由siRNA介導
3、 DRM2: de novo; MET1: Maintenance

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五、DNA去甲基化

1、DNA去甲基化(DNA demethylation): 5甲基胞嘧啶(5mC) 替代成胞嘧啶的過程
2、 兩種方式
(1) 主動去甲基化(Active DNA demethylation)
A. Bona fide demethylation
B. Indirect demethylation
(2) 復制相關的去甲基化(Replication-coupled DNA demethylation)
(3) 啟動DNA去甲基化
1、5-甲基胞嘧啶去甲基化酶將5-甲基胞嘧啶水解成胞嘧啶和水
2、5-甲基胞嘧啶/DNA糖基化酶將5-甲基胞嘧啶從磷酸二脂鍵骨架中切除，然后通過內切酶修復

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3、間接去甲基化

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4、DNA復制去甲基化

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