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DNA由4種堿基構成，分別為胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）。DNA甲基化是最早發現的基因表觀修飾方式之一，真核生物中的甲基化僅發生于胞嘧啶。DNA甲基化是指由DNA甲基轉移酶（DNMT）介導，在胞嘧啶的第5位碳原子上加上一個甲基基團（-CH3），使之變成5-甲基胞嘧啶（5-mC）的化學修飾過程。DNA甲基化通常抑制基因表達，去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。這種DNA修飾方式在不改變基因序列前提下實現對基因表達的調控。

DNA甲基化與遺傳物質的穩定性

      在生物個體的生長發育與繁殖過程中，維持遺傳物質的穩定性是至關重要的。細胞采用多種機制來保證DNA復制的忠實性，如DNA的雙螺旋結構與半保留復制模式為遺傳物質的穩定提供了物質基礎；DNA聚合酶Ⅲ除了具有DNA聚合酶活性外還具有5’到3’的核酸外切酶活性，可及時去除錯配摻人的堿基；DNA復制后存在多種修復機制進一步保證了遺傳物質的穩定性。DNA甲基化在DNA復制起始、錯配修復、細菌中寄主控制的修飾與限制以及轉座子的失活等過程中對維持遺傳信息的穩定性發揮著重要的作用。

DNA甲基化與基因表達調控

      在真核生物基因組中，基因僅僅占一小部分，例如在人類基因組中基因的編碼序列還不到2％，那么在大量非編碼DNA存在的情況下，實現精確控制基因的表達，降低周圍的轉錄噪音對生物體至關重要。DNA甲基化作為一種可遺傳的修飾方式為非編碼DNA(內含子、重復元件以及潛在的具有活性的轉座子)的長期沉默提供了一種有效的抑制機制。DNA復制后胞嘧啶的甲基化會改變DNA的構象，使DNA的大溝無法與DNA結合蛋白正常結合，從而使這些非編碼區長期保持無表達活性的狀態。而有轉錄活性的基因可利用非甲基化的啟動子來進行轉錄表達，即使在相鄰的非轉錄區是高度甲基化的，其啟動子仍然可以起始轉錄并被調控。

DNA甲基化與表觀遺傳學

      過去人們一直以為遺傳和環境兩大因素共同決定生物體的性狀，然而人們無法合理解釋馬和驢的正反交后代、同卵雙胞胎差別以及x染色體失活等現象。1942年Waddington首次提出了表觀遺傳學(epigenetics)的概念，它針對研究基因型與表型的關系，使經典的孟德爾核內遺傳規律無法解釋的現象得到了合理而完美的解釋。基因組表觀遺傳修飾主要包括DNA甲基化修飾與核小體中組蛋白的修飾等，使得被修飾DNA的空間結構發生改變或使染色體結構發生改變，導致基因的沉默或過度表達。這兩種修飾都是在不改變DNA堿基種類與數量的前提下使生物體表型呈現出多樣化。DNA甲基化對基因表達模式以及基因組穩定性均起著至關重要的作用，并在印跡基因與x染色體失活等典型的表觀遺傳現象中起重要作用。

DNA甲基化與胚胎發育

      DNA甲基化作為一種可遺傳的表觀遺傳修飾，在體細胞增殖過程中通過依賴于DNA復制的DNA甲基轉移酶Dnmtl穩定地傳遞給子細胞。但在胚胎發育的不同時期，基因組范圍內的DNA甲基化水平會發生劇烈的改變，改變最劇烈的階段為配子形成期與早期胚胎發育階段，甲基化模式在配子形成時已經建立舊1。DNA甲基化對胚胎正常發育和等位基因的選擇表達至關重要。錯誤甲基化模式的建立將引起人類的疾病，如Prader-Willi綜合征、Angelman綜合征和脆性x染色體綜合征等。