什么是DNA甲基化？——生物体重要的表观遗传修饰机制

什么是DNA甲基化？——生物体重要的表观遗传修饰机制

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DNA甲基化是生物体中一种重要的表观遗传修饰方式，它通过在DNA分子上添加甲基基团来影响基因的表达和功能。这种化学修饰不仅在基因表达调控中发挥关键作用，还与细胞记忆和遗传信息传递密切相关。本文将为您详细介绍DNA甲基化的定义、类型及其在生物体中的重要作用。

DNA甲基化的定义

DNA甲基化是指在DNA分子的碱基上共价连接甲基基团的化学修饰过程。在细菌中，甲基化通常发生在腺嘌呤的第六位氨基与胞嘧啶的第五位碳原子上。而在哺乳动物中，甲基化主要发生在CpG二核苷酸对中的胞嘧啶第五位碳原子上，生成5-甲基胞嘧啶（m5CpG）。这种不同的甲基化状态（过甲基化与去甲基化）与基因的活性和功能密切相关。

图片来源：视觉中国

DNA甲基化的类型与作用

DNA甲基化是生物体最重要的表观遗传修饰之一，对基因表达和基因组稳定起着至关重要的作用。这一过程是在DNA甲基转移酶的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸（SAM）为甲基供体，将甲基转移到胞嘧啶的5’号碳原子上形成5-甲基胞嘧啶的过程。形成的DNA甲基化可以通过有丝分裂或者减数分裂在后代进行遗传。

在哺乳动物中，DNA甲基化是必不可少的，它广泛存在于转座子元件、功能基因编码群和重复的DNA中，且几乎所有的甲基化存在于CpG二核苷酸对中。而在植物基因组中，则存在三种类型的甲基化序列：对称的CG序列、不对称的CHG和CHH序列，在植物的生产发育及进化过程中起着重要的调节作用。

DNA甲基化可以称作是细胞记忆的一种机制，是表观遗传学研究的“主角”。根据其发生机制，DNA甲基化反应可分为两种类型：

1. 从头甲基化：指对非甲基化的DNA（两条链均未甲基化）进行甲基化修饰，主要发生在胚胎发育的早期，用于设定胚胎早期细胞的甲基化状态。
2. 保留甲基化：即DNA的一条链已存在甲基化，另一条未甲基化的链被甲基化。

相关名词解释

• 表观遗传修饰：指不涉及DNA序列改变而影响基因表达的化学修饰，如DNA甲基化、组蛋白修饰等。
• 甲基转移酶：催化甲基转移反应的酶类，是DNA甲基化过程中的关键酶。
• 转座子：基因组中可以移动的DNA序列，其活动受到DNA甲基化的调控。
• 转录调控：控制基因转录过程的机制，DNA甲基化是其中的重要调控方式之一。

DNA甲基化作为细胞记忆的一种机制，在生物体的生长发育、疾病发生以及遗传信息传递中扮演着重要角色。随着科学技术的发展，对DNA甲基化的深入研究将为人类健康和疾病防治提供新的思路和方法。